胶囊机器人与结肠之间摩擦系数的表征 背景介绍 传统的结肠镜检查虽能有效检测结肠健康状况，但其侵入性较高，容易引起不适和潜在并发症。为了解决这一问题，研究人员开发了一类具有主动运动机制的胶囊机器人（Capsule Robot, CR），希望通过低侵入性实现结肠检查。然而，要实现CR的有效运动和控制，准确预测CR的牵引力和运动阻力至关重要，这两者主要由摩擦力贡献。然而，目前文献中尚未提供在结肠内摩擦系数（Coefficient of Friction, CoF）方面的详尽研究。因此，本文致力于通过实验测量和数据分析，确定摩擦系数与接触压力、环向应变和滑动速度之间的定量关系。 论文来源及作者信息 本文标题为“Characterizing the coefficient of friction be...
空间特异性混合激励技术用于磁粒子成像高信噪比空间编码 背景介绍 磁性粒子成像（Magnetic Particle Imaging，MPI）作为一种新兴的无辐射示踪成像技术，通过可视化超顺磁性氧化铁纳米颗粒（Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles，SPIOs）的空间分布，实现高灵敏度的量化成像。与光学成像不同，MPI在成像深度上没有限制，可以直接量化 SPIOs 而不受组织背景信号的干扰。尽管如此，常规的MPI 空间编码方法依赖于固定梯度强度的梯度磁场，生成无场点（Field-Free Point，FFP）或无场线（Field-Free Line，FFL）进行空间扫描。然而，增加梯度强度虽然可以提高理论空间分辨率，却也会导致成像系统的信噪比（Sig...
科学论文综合学术报道 在现代医学中，呼吸调节对于呼吸功能障碍患者至关重要。然而，目前临床使用的正压呼吸机存在长期依赖和损伤等问题，而类似”铁肺”这样的体外辅助设备虽提供了无创替代方案，但现有的人工驱动器尚未达到仿生呼吸肌的效果。基于此，本文的作者提出了一种仿生软体外骨骼机器人，通过模拟自然呼吸，能够实现体外闭环呼吸调节。 学术背景 呼吸机在临床上被广泛应用，但随着人口老龄化及新冠疫情的持续，呼吸功能辅助的需求大大增加。目前的呼吸辅助设备，包括正压和负压呼吸机，都存在一定局限性。比如，正压呼吸机会引起气压伤和不良血流动力学效应。负压呼吸机虽然能更接近自然呼吸，但通常结构刚性且笨重。现有的仿生呼吸辅助设备也存在一些缺点，如没有主动的吸气和呼气辅助。因此，开发一种既能提供仿自然呼吸双向主动支持，又...
跨主体脑机接口：基于卷积神经网络的领域对抗训练实现实时注意力解码 学术背景 注意力解码在我们日常生活中扮演着至关重要的角色，其基于脑电图（EEG）的实现已经引起了广泛关注。然而，由于EEG信号在个体间的显著差异性，为每个人训练一个通用的模型在实践中是不可行的。因此，本文提出了一种端到端的脑机接口（BCI）框架，旨在解决这一挑战，特别是利用了时间和空间的一维卷积神经网络（1D CNN）及领域对抗训练策略（Domain-Adversarial Training）。 传统注意力解码方法通常依赖于预定义的特征提取和模式分类技术，如线性判别分析（LDA）和支持向量机（SVM），但这些方法在处理跨主体数据时表现出局限。另外，深度学习方法虽然在分类性能上表现出色，但如何处理EEG信号的显著个体差异性依旧是...
混合水凝胶-磁性驱动胶囊用于自动肠道微生物采样 学术背景 肠道微生物群由大量且多样的微生物组成，这些微生物对人体健康有着重要影响，例如癌症、糖尿病和炎症性肠病（IBD）等。目前研究肠道微生物的方法主要包括粪便采样、回肠造口术或结肠镜检查。然而，这些方法存在各种问题：粪便采样无法提供特定肠段的微生物群信息；回肠造口术和结肠镜检查则高度侵入。因此，需要一种非侵入式的、能够在小肠内进行目标采样的工具。 近年来，可吞咽胶囊成为一种解决方案。在进行目标采样的同时，这些胶囊也具备药物递送、组织活检和主动运动等功能。然而，现有的液体采样胶囊仍然面临尺寸限制和复杂度高的问题。有效实现自动采样并具备主动运动的胶囊设计依然稀缺。 研究来源 本文由Yung P. Lai、Taeyoung Lee、Daniel S...
学术报道：基于分数脉冲神经元电路的仿生视觉检测模型研究 在智能自动驾驶和无人驾驶飞行器等领域中，迅速有效地预测碰撞并触发避让行为具有非常重要的应用价值。蚱蜢的巨型运动探测器 (LGMDs) 能够在碰撞发生前有效地预测碰撞，并触发避让。这种能力使得LGMD成为设计碰撞避让人工视觉系统的理想模型。不同于传统CMOS摄像机，事件相机(DVS)能够模拟生物视觉系统中的光感受器，从底层仿真LGMD系统的分野，提供高时间分辨率、高动态范围和最小运动模糊等优势。 背景及意义 本次研究的作者为Yabin Deng、Haojie Ruan、Shan He、Tao Yang和Donghui Guo，分别来自厦门大学和福州大学，并在IEEE Transactions on Biomedical Engineeri...
基于经阴道超生和压力测定量化孕期宫颈弹性的方法 背景与动机 早产（在37周妊娠期前分娩）是新生儿发病率和死亡率的主要原因。由于早产带来的高风险，许多有早产症状的孕妇需要住院治疗，但超过一半的住院孕妇最终还是足月分娩。现有的宫颈软化预测方法（如Bishop评分）预测早产的效用有限，因此需要开发更准确的工具来预测早产。 研究问题 目前宫颈弹性成像的两种常用方法是应变弹性成像和剪切波弹性成像。然而，应变弹性成像缺乏应力信息，不支持不同成像会话间的比较；剪切波弹性成像在宫颈组织具有高度不均质性时其稳健性受到影响。 目标和方法 本文研究的目标是开发一种通过在经阴道超声成像系统中增加应力传感器来克服上述限制的定量宫颈弹性成像系统。该系统能够安全、准确并且具有高度重复性，用于长期监测和不同检查员之间的比较...
树突状细胞靶向病毒样颗粒作为强效mRNA疫苗载体 引言 在疫苗开发方面，尤其是mRNA疫苗近年来取得了显著的成就。Moderna 和 Pfizer/BioNTech 针对 COVID-19 的 mRNA 疫苗成为了成功的典范，极大地推动了mRNA疫苗的发展。然而，现有的mRNA疫苗缺乏对特定细胞类型的专一性，尤其是树突状细胞（DCs），这在抗原呈递方面非常关键。树突状细胞是主要的抗原呈递细胞，能有效启动 T 细胞的免疫反应和抗体反应，但现有的mRNA疫苗，如LNPs（脂质纳米粒）等，无法特异性地传递mRNA到这些细胞。此外，还有一些病毒感染，如HIV和HSV，甚至包括一些非传染性疾病如癌症，至今尚无有效预防或治疗疫苗。 论文来源 本文由Nature Biomedical Engineerin...
由大脑皮质发音表征驱动的双语语音神经假体 背景 在神经假体的发展过程中，从大脑活动解码语言的研究一直集中在单一语言的解码上。因此，双语言语产生依赖于不同语言的独特或共享皮层活动的程度仍不清楚。当前研究通过电皮层图（electrocorticography, ECoG）结合深度学习和统计自然语言模型来记录和解码一名西班牙语-英语双语患者的言语运动皮层活动，并将其转化为两种语言的句子。该研究旨在解决双语解码的实际应用问题，尤其是在不需要手动指定目标语言的情况下，实现言语解码。 言语丧失症（anarthria），即失去清晰发音的能力，是中风和肌萎缩侧索硬化症等神经疾病的严重症状之一。目前，侵入性言语脑-计算机接口（BCI）正在被开发，以通过解码皮层活动恢复患者的自然沟通能力。然而，现有的言语BCI...
学术新闻报道：新的MRI技术通过检测光敏血管的局部血流动力学来实现生物荧光成像 学术背景介绍 生物发光探针广泛应用于监测活体动物中生物医学相关的过程和细胞目标。然而，组织对可见光的吸收和散射极大地限制了生物发光检测的深度和分辨率。特别是在大脑中，由于颅骨对光子的阻挡，短波长光的传播受到限制，导致生物发光成像（Bioluminescence Imaging, BLI）的数据通常限制于浅层来源，并且大多是二维投影，缺乏深度信息。 为了克服这些限制，研究人员开发了光声层析成像和其他基于光散射重建的方法，但这些方法需先验知识和独立成像模式的解剖信息的注册。另一种方法是将生物发光输出局部转换为不同类型的信号，以便使用X射线层析成像、超声波或磁共振成像（MRI）等深度组织成像方式进行检测。尽管已经有一些...