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关键词： 肾血管性高血压   多普勒超声   计算机断层血管成像   三维重建   血流动力学参数  

摘要： 目的:探讨四肢多普勒血流动力学参数联合肾动脉计算机断层血管成像(computed tomography angiography,CTA)三维重建技术对肾血管性高血压(renovascular hypertension,RVH)的诊断价值。方法:选取80例疑似RVH患者为观察组,同期40例原发性高血压患者为对照组。比较两组患者肱动脉及股动脉阻力指数(resistance index,RI)、搏动指数(pulsatility index,PI)、收缩期峰值流速(peak systolic velocity,PSV)。以数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)诊断肾动脉狭窄的结果为金标准,分析CTA三维重建技术诊断肾动脉狭窄的敏感度和特异度。采用多因素Logistic回归分析肾血管性高血压的危险因素,应用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评估RI、PI及肾动脉CTA三维重建对RVH的诊断效能。结果:观察组肱动脉RI、PI为0.78±0.09、1.82±0.21,分别高于对照组的0.65±0.07、1.45±0.18,观察组股动脉RI、PI为0.75±0.08、1.75±0.19,分别高于对照组的0.62±0.06、1.38±0.15,差异均有统计学意义(P<0.05)。以DSA为金标准,CTA三维重建技术诊断肾动脉狭窄≥50%的敏感度为93.3%,特异度为85.0%,Kappa一致性系数为0.77;诊断肾动脉狭窄≥70%的敏感度为88.9%,特异度为81.8%,Kappa一致性系数为0.69。多因素Logistic回归分析显示,CTA证实的肾动脉狭窄、肱动脉RI及股动脉PI增高是肾血管性高血压的独立危险因素(P<0.05)。肱动脉RI、股动脉PI及肾动脉CTA联合诊断肾血管性高血压的曲线下面积为0.940,敏感度、特异度分别为92.6%、89.1%,诊断效能显著高于单一指标(P<0.05)。结论:四肢多普勒血流动力学参数联合肾动脉CTA三维重建技术能显著提高对肾血管性高血压的诊断效能。

关键词： 世界科技强国   基础学科体系   学科特征   学科布局   突破性创新   前沿基础研究   人工智能  

摘要： 基础学科结构与突破性创新不仅能体现一个国家的科学研究能力,还能揭示该国科学体系的战略方向和竞争力水平。本研究基于ESI数据库,选取2020—2024年中国、美国、英国、德国和日本的高被引基础学科论文数据,综合运用学科专门化指数和基尼系数测度学科结构特征,采用技术距离模型和学科相对优势指数计算国别差异化竞争优势。运用VOSviewer进行科学研究主题聚类分析,借助DDA挖掘突破性创新成果。研究结果表明,我国在学科丰富性和均衡性方面优于美国但不及日德;与美英德日学科结构差异性显著;基础学科优势集中在化学和数学,生命科学和空间科学有待突破。在研究主题上,我国聚焦新材料、新能源、人工智能及气候变化等,但在宇宙演化、量子科学、航天航空等前沿基础研究方向布局不足。此外,人工智能已成为中美共同关注并竞相布局的焦点领域。在突破性创新成果上,我国在地球科学(厄尔尼诺)、化学(MOFs)、凝聚态物理(石墨烯超导/量子材料)、空间探测(FAST)等领域取得了一系列具有应用与工程化特色的成果。未来,我国应巩固化学、数学等优势学科的同时,着力补齐生命科学与空间科学等关键短板,强化前沿基础研究布局,构建均衡高效的基础学科体系,实现科技强国的目标。

关键词： 逐次逼近型模数转换器   前台数字校准   电容失配   冲量   变步长  

摘要： 针对逐次逼近型模数转换器(Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converters,SAR ADC)中电容阵列失配问题,提出了一种适用于12 bit列级SAR ADC的前台数字校准算法,并将其应用于CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)的列级读出电路中,以实现高帧率的CIS芯片设计。该算法具有收敛速度快、稳定性高、电路开销小的优点,能够有效解决电容失调问题。从电路采用非二进制(sub-radix)电容阵列结构,保证每一位输出码的可校正性,并通过计算确定最大进制;同时设计了带2 bit冗余位的分段电容阵列,以减小电容的面积。为获得高精度参考信号,采用多路并行列级ADC的输出均值,在不增加额外电路开销的前提下保证参考信号的高精度。在校准算法方面,基于最小均方算法,引入冲量方法优化迭代方向,避免仅依据局部最优解;提出了一种改进的步长更新公式,提升了算法稳定性,使收敛速度提高了10倍以上。基于SMIC 0.18μm工艺对电路进行仿真验证,在后仿中根据电容的蒙特卡罗仿真结果添加电容失配,经过500次的迭代计算出了电容的实际权重。在1 MS/s的采样率下,校准后ADC的信噪失真比由失配后的57.9 dB提高到了68.6 dB,积分非线性(INL)、微分非线性(DNL)由-1~2 LSB降低到了-0.5~+0.5 LSB,电路面积仅为0.0499 mm^(2),功耗仅为149μW。

关键词： 神经网络模型   地面反作用力   跑步   可穿戴设备   时序预测  

摘要： 在跑步运动中,量化地面反作用力(ground reaction force,GRF)对于优化跑步经济性、提高运动表现以及损伤预防具有重要意义。然而,传统的GRF测量方法高度依赖复杂且昂贵的实验室设备,限制了其广泛应用。近年来基于神经网络模型拟合人体运动学和动力学的方法为简化GRF测量提供了新的解决方案。本文就国内外关于使用神经网络模型预测GRF的研究进行系统回顾。可穿戴设备采集的下肢运动学数据能够为基于神经网络模型预测GRF提供足够的信息;在模型选择上,多数研究倾向于使用长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)或者能提供动态记忆的网络模型,以处理GRF的时序信号特性并实现精准预测。基于神经网络模型的预测方法配合可穿戴设备采集的数据不仅有效摆脱传统测力台的依赖,还在预测GRF方面表现出了较高的准确性,为跑步损伤预防和训练优化提供了实用的参考依据。然而,神经网络模型对大规模高质量数据的依赖性较高,模型的泛化能力在多样化运动场景中的表现尚不充分,此外,计算成本较高和实时性能有限的问题也限制了其在部分场景中的应用。因此,未来的研究需要进一步探索轻量化模型设计、跨场景适配能力的提升以及实时预测技术的发展,以推动神经网络模型在运动监测中的实际应用与普及。

关键词： 磁共振成像   先天性心脏病   四维血流   壁面剪切力   黏性能量损失  

摘要： 目的探讨四维血流(4D Flow)MRI定量参数评价右心畸形为主的复杂先天性心脏病(简称先心病)根治术后再行带瓣管道外科置换术(SPVR)后的血流动力学变化。方法本研究为横断面研究,收集2021年8月至2024年2月上海儿童医学中心右心畸形为主的复杂先心病根治术后符合再行SPVR手术指征的患者20例,术后1~18.7个月复查心脏磁共振(CMR),其中10例在SPVR术前1~5个月行CMR检查。同期招募20例年龄和性别匹配的健康儿童志愿者为对照组,受试者均接受CMR电影序列和4D Flow序列扫描,基于电影序列获得左心室和右心室功能参数,基于4D Flow序列获得血流动力学参数,包括右心室流出道(RVOT)、肺动脉瓣(PV)、主肺动脉(MPA)3个层面整体和分段轴向、周向峰值及平均壁面剪切力(WSS)和RVOT、MPA的峰值及平均黏性能量损失(EL)。比较SPVR组与对照组、右心室-肺动脉偶联组与失偶联组、SPVR术后与术前各项心功能及血流动力学参数。结果与对照组相比,SPVR组术后患者的左心室心肌质量、每搏输出量指数、射血分数减低,右心室舒张末容积指数和右心室-肺动脉偶联指数升高,差异有统计学意义(P均<0.05);SPVR组RVOT层面的峰值和平均EL减低,PV层面的平均轴向WSS减低,MPA层面的平均轴向及周向WSS、平均EL减低,峰值EL升高,差异有统计学意义(P均<0.05)。SPVR组中与右心室-肺动脉偶联组(9例)相比,失偶联组(11例)在RVOT层面上的峰值和平均周向WSS、峰值EL降低,差异有统计学意义(P均<0.05)。与SPVR术前相比,术后在PV和MPA层面,所有WSS和EL减低,差异有统计学意义(P均<0.05)。结论右心畸形为主的复杂先心病根治术后再行SPVR手术后血流动力学变化有显著改善。RVOT层面峰值和平均周向WSS以及峰值EL的改变与术后右心室-肺动脉失偶联有关。

关键词： 胚胎时差成像技术   胚胎动力学   体外受精-胚胎移植   胚胎着床  

摘要： 目的评估胚胎时差成像技术中的胚胎动力学参数在体外受精-胚胎移植(IVF-ET)助孕患者胚胎着床潜力中的预测价值。方法选取南阳市第一人民医院在2022年6月至2024年6月期间因输卵管性不孕行IVF-ET的助孕患者292例作为研究对象,在移植28 d后根据B超检查显示的胚胎着床情况分为着床组103例,未着床组189例,比较各组患者基本资料以及胚胎动力学参数,通过多因素logistic回归分析IVF-ET助孕患者胚胎未着床的高危因素,随后通过受试者工作特征(ROC)曲线评价高危因素对胚胎着床潜力的预测价值。结果相较于着床组,未着床组患者的胚胎动力学参数原核消失至2-细胞阶段时间(t2)、原核消失至3-细胞阶段时间(t3)、原核消失至4-细胞阶段时间(t4)、2-细胞分裂至3-细胞的时间(cc2)、3-细胞分裂至4-细胞的时间(s2)、4-细胞分裂至5-细胞的时间(cc3)水平均较高(P<0.05)。t2(OR=4.293)、t3(OR=5.507)、t4(OR=5.534)、s2(OR=3.755)是IVF-ET助孕患者胚胎未着床的独立危险因素(P<0.05)。t2(cut-off值为27.02 h)、t3(cut-off值为39.76 h)、t4(cut-off值为41.95 h)、s2(cut-off值为1.44 h)水平对IVF-ET助孕患者胚胎着床失败的预测效能均较高,曲线下面积(AUC)分别为0.767、0.744、0.720、0.878(P<0.05),且s2水平预测IVF-ET助孕患者胚胎未着床的效能均高于t2、t3、t4(Z=3.044、3.563、4.413,P<0.05)。结论胚胎动力学参数t2、t3、t4、s2水平与IVF-ET助孕患者胚胎着床情况密切相关,采取胚胎时差成像技术能够协助医务人员对IVF-ET助孕患者胚胎着床潜力进行预测。

关键词： 液晶   物理参数   电流体动力学   CFD   Micro-PIV  

摘要： 针对向列相液晶5CB,运用CFD方法研究黏性、弹性及介电参数对其电流体动力学性能的影响。建立了包含连续性方程、动量方程与角动量方程动力学控制方程组,并运用L-E与0-F理论引入黏、弹性变形与剪切应力的关系式。选择液晶分子指向矢旋转角速度,指向矢位置,微流动速度、弹性自由能密度与黏性剪切应力作为电流体动力学性能特征量。直流电场的施加会引起5CB产生稳定微流动,流动速度的大小受介质物理参数综合影响,到达极值时间与电场强度、介电参数成反比,黏滞参数成正比,与弹性参数无关,因此可根据需要调整物理参数以获取理想的响应时间与流动性能。运用Micro-PIV方法对数值模拟结果进行实验验证,结果吻合较好。本文的研究结论可为液晶微流体驱动方式的进一步研究及应用奠定理论基础。

关键词： 食管鳞状细胞癌   癌旁组织   动态对比增强   磁共振成像   药代动力学参数  

摘要： 目的探讨基于动态对比增强MRI(DCE-MRI)药代动力学参数模型区分食管鳞状细胞癌(ESCC)肿瘤组织与头侧癌旁组织(PTD)微血管异质性的可行性。方法前瞻性纳入2家医疗中心的154例经病理证实的ESCC病人。将A中心的128例病人按8∶2的比例随机分为训练集(102例)和内部验证集(26例),B中心的病人作为外部验证集(26例)。训练集用于筛选反映微血管异质性的参数并建立Logistic回归模型,验证集用于验证模型的诊断效能。采用联影医疗的医学影像处理软件在肿瘤组织及PTD中勾画感兴趣区(ROI),并对剔除与不剔除坏死囊变区的ROI勾画结果进行敏感性分析以评估模型结果稳健性。计算血流速率常数(k_(ep))、容积转移常数(K^(trans))和血管外细胞外间隙容积分数(v_(e))的均数、标准差及变异系数。采用Wilcoxon符号秩检验比较肿瘤组织与PTD间药代动力学参数的差异,并将差异有统计学意义的参数纳入多因素Logistic回归分析。采用受试者操作特征(ROC)曲线评价单一参数及多变量模型的区分效能,并计算其曲线下面积(AUC)。采用DeLong检验比较AUC值差异,计算净重新分类指数(NRI)和综合判别改善指数(IDI)来评估模型的重分类能力。结果训练集中肿瘤组织与PTD间k_(ep)均数、k_(ep)标准差、K^(trans)均数、v_(e)均数及v_(e)变异系数的差异有统计学意义(均P<0.05)。多因素Logistic回归分析显示,k_(ep)均数与v_(e)变异系数在区分肿瘤组织及PTD时具有统计学意义(均P<0.05),基于上述两参数构建Logistic回归多变量模型。在训练集、内外部验证集中,多变量模型的AUC值分别为0.835、0.846、0.818,DeLong检验显示,多变量模型的AUC值均高于k_(ep)均数(均P<0.05),而多变量模型与v_(e)变异系数的AUC值差异均无统计学意义(均P>0.05)。多变量模型AUC优于k_(ep),与v_(e)变异系数相当,但NRI和IDI显示多变量模型具有更好的重分类能力(均P<0.05)。敏感性分析结果显示,ROI剔除或不剔除坏死囊变区域,模型的判别效能及参数效应方向的结果均一致。结论基于v_(e)变异系数与k_(ep)均数构建的多变量模型在区分ESCC肿瘤组织与PTD方面具有良好效能。

关键词： 大蒜切茎   有限元   SPH-FEM耦合算法   双圆盘式切茎装置   参数优化  

摘要： 针对目前大蒜联合收获机切茎装置切削性能较差、切割阻力较大、切割不及时易造成大蒜鳞茎损伤以及夹持输送装置堵塞等问题,基于SPH-FEM耦合算法设计了一种大蒜双圆盘式切茎装置,并进行了动力学分析及参数优化。根据大蒜茎秆的结构、物理参数和力学特性参数,确定了大蒜茎秆的材料模型。利用ANSYS/LS-DYNA构建大蒜切割过程仿真模型,通过有限元仿真结果确定最优圆盘刀结构参数,圆盘刀厚度2 mm、圆盘刀刃角15°和圆盘刀重叠量15 mm。运用仿真模型进行单因素仿真试验,确定了大蒜切茎装置的喂入速度、圆盘刀转速、圆盘刀间距的取值范围分别为1.5~2.5 km/h、400~600 r/min、1~3 mm;采用Box-Behnken设计三因素三水平正交组合试验方案,通过台架试验确定各因素水平下圆盘刀最大切割阻力,运用Design-Expert 13对试验结果进行方差和响应面分析,得到大蒜切茎装置实际最佳工作参数,喂入速度为2.1 km/h、圆盘刀转速为560 r/min、圆盘刀间距为1 mm。台架试验结果表明,在最优工作参数下最大切割阻力为7.33 N,误差为7.5%。本文所设计的双圆盘式切茎装置切割阻力小、工作性能稳定,茎秆切割面较为平整,并且在试验过程中无鳞茎损伤,满足大蒜收获茎秆切割要求,可为大蒜联合收获机械的设计提供参考。

关键词： 吸附组件   动力学   多目标优化   稳定性   响应时间  

摘要： 为优化可行走式建筑墙面尺寸检测装置吸附组件相关参数,基于索力得·沃尔克斯(SolidWorks)软件建立吸附组件三维模型,通过动力学仿真定位吸附响应时间长、吸盘接触面积、固定杆安全系数等关键短板;识别往复辊螺距、吸盘直径、固定杆截面尺寸三大关键参数,构建“响应及时-吸附牢固-结构安全”多目标优化体系,采用正交试验-响应面-遗传算法耦合方案求解最优参数组合。仿真验证与显著性检验表明,优化后吸附响应时间缩短至0.26 s,最大吸附力提升至325.1 N,固定杆最大应力降至269.6 MPa,三项核心指标优化前后差异极显著,显著提升吸附组件的吸附稳定性与结构可靠性,为同类设备吸附机构设计提供技术参考。