生物醫學工程中的先進計算方法

近10年來,在醫療成像、生理建模、傳感系統及計算和網絡技術、可視化和虛擬現實、人機交互和自動化等方面的巨大進步,使得生物醫學工程有了快速、顯著的發展。生物醫學工程涉及了醫藥和生物科學的工程應用準則,包括生物醫藥、醫療成像、生理建模、實時系統、自動化控
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  近10年來,在醫療成像、生理建模、傳感系統及計算和網絡技術、可視化和虛擬現實、人機交互和自動化等方面的巨大進步,使得生物醫學工程有了快速、顯著的發展。生物醫學工程涉及了醫藥和生物科學的工程應用準則,包括生物醫藥、醫療成像、生理建模、實時系統、自動化控制、信號處理、圖像重建、模式識別及生物力學等領域。目前,生物醫學工程已經擁有了復雜的醫療診斷及治療手段,越來越多的研究成果已經應用于臨床,幫助我們開發新的植入物或假肢及創造新的醫學成像技術和完善的工具集技術以用于疾病的檢測、預防和治療。


  全書由兩部分組成,共9章。第1部分先進的計算方法,包含第1-5章:1.生物醫學圖像分割中的圖形算法技術。用于分割三維醫學圖像結構的圖形方法,即圖割法和多物體、多表面的分層優化圖形圖像分割法;2.醫學圖像處理中的信息論聚類。回顧了最近信息論框架下的集群方法,介紹了其能夠在一幅表示不同組織特性的醫學圖像中尋找聚類的合適數量,提出了一種對于優化給定聚類配置質量的目標函數的聚類方法;3.多目標差分進化算法――基于模糊聚類的腦部MR圖像分割算法。介紹了應用于同步優化多集群的基于多目標差分進化模糊聚類技術,詳細地論述了用于底層優化的差分進化算法技術原理,闡述了在差分進化中聚類中心向量編碼技術;4.丘腦皮層神經質量模型振蕩動力學的功率譜及非線性分析。首先提出了在阿爾茨海默式癥中的異常腦震蕩研究中的多模態分析技術,接著介紹了一種結合了丘腦皮層神經質量模型功率譜分析與非線性行為分析;5.蛋白質功能預測元學習方法。介紹了多尺度蛋白質生物功能預測算法,討論了在蛋白質功能分析中使用元學習方法的優勢,尤其是在蛋白質序列分析、三維結構比較、生物功能解釋與分子間相互作用分析中,給出了對選定的生物系統進行整體行為預測的不同的計算方法及元學習預測系統。


  第2部分生物醫學應用,包括第6-9章:6.三維超聲圖像頸動脈分割。本章介紹了一種精確可靠的從三維超聲圖像中進行頸動脈分割方法,闡速了頸動脈血管分割算法,并證明了三維超聲是一種對于在經動脈粥樣硬化中前期后期的定量分析中的可行算法;7.結構神經元可塑性定量圖像分析的一些當代問題。介紹了在微觀層面腦結構研究過程,闡釋了神經元可塑性過程,以解釋大量神經退化性疾病原因,使用熒光共聚焦顯微鏡對腦組織圖像進行定量分析;8.軟骨和軟骨下骨中的骨關節炎的先進核磁共振成像。概述了用以檢測軟骨及軟過下骨組織、軟骨生物組織的非植入性病理檢測的核磁共振成像技術,介紹了在該領域的最新發現,及骨關節炎的檢測和治療方法;9.計算機斷層掃描圖像中基于下頜骨骨折的發際線檢測的計算機視覺。本章介紹了可以從CT圖像中檢測下頜骨骨折的發際問題,闡述了解決該問題的方法,即首先在二維CT圖像切片中確定頜骨的骨折發際線,接著使用最大流最小割算法檢測的骨裂結構。


  本書適合計算機科學、生物醫學工程、電氣工程與系統科學等專業碩士研究生閱讀和學習,亦可作為對圖像處理、三維重建、信息技術及生物醫學研究感興趣的其他專業學生參考書。對于在計算和分子生物學、生物工程以及圖像處理的研究人員或從業人員,本書也會提供很有用的幫助。作者: 張進興,本文來自《中國醫學工程》雜志

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