基于深度学习的微创手术工具检测与跟踪研究综述

基于深度学习的微创手术工具检测与跟踪技术在微创外科手术中的应用是目前的一个研究热点。本文首先对微创手术工具检测与跟踪的相关技术内容进行系统阐述,主要介绍了基于深度学习算法的优势。然后,本文概述了基于完全监督的深度神经网络手术工具检测与跟踪算法以及新兴的基于弱监督的深度神经网络手术工具检测与跟踪的算法,重点归纳了基于深度卷积神经网络及递归神经网络的几种典型算法框架及其流程图,以便相关领域的科研工作者更系统地了解目前研究进展,同时可为微创外科手术医生选择导航技术时提供参考。最后,本文为基于深度学习的微创手术工具检测与跟踪技术的进一步研究提供了一个大致的方向。     

基于深度学习的甲状腺疾病超声图像诊断研究综述

近年来，甲状腺疾病的发病率显著升高，超声检查是甲状腺疾病诊断的首选检查手段。同时，基于深度学习的医疗影像分析水平快速提高，超声影像分析取得了一系列里程碑式的突破，深度学习算法在医学图像分割和分类领域展现出强大的性能。本文首先阐述了深度学习算法在甲状腺超声图像分割、特征提取和分类分化三个方面的应用，其次对深度学习处理多模态超声图像的算法进行归纳总结，最后指出现阶段甲状腺超声图像诊断存在的问题，展望未来发展方向，以期促进深度学习在甲状腺临床超声图像诊断中的应用，为医生诊断甲状腺疾病提供参考。     

深度学习在细胞图像分析中的应用进展

随着显微技术的不断发展,显微镜已克服人眼的局限性成为研究细胞生物学必不可少的工具。近年来,显微技术在速度、规模以及分辨率等方面都有了巨大的进步。深度学习在图像处理尤其是细胞图像处理中的应用受到广泛关注。本文针对深度学习在细胞图像分析中常用的算法进行介绍,并对近几年深度学习在细胞图像处理中的应用进行详细论述,包括图像分类、图像分割、目标跟踪、图像超分辨重建4个方面。最后展望了深度学习在细胞图像分析中的机遇和挑战。     

深度学习算法在脑电信号解码中的应用

近年来深度学习算法得到飞速发展,在生物医学工程领域的应用也越来越广泛。其中,利用深度学习算法从脑电信号(EEG)中解码生理、心理或病理状态也受到越来越多的关注。综述近年来深度学习算法在EEG解码中的应用,介绍常用算法、典型应用场景、重要进展和现存的问题。首先,论述常用于EEG解码的几类深度学习算法的基本原理,包括卷积神经网络、深度信念网络、自编码器和循环神经网络等。然后,讨论深度学习算法的几个典型EEG解码应用场景,包括脑机接口、情绪与认知识别、疾病辅助诊断。结合应用实例,归纳深度学习算法在EEG解码中的常见问题、解决方案、主要进展和研究趋势。最后,总结深度学习应用于EEG信号解码中仍待解决的一些关键问题,如参数复杂度、训练时间以及泛化能力等。     

基于脑电的精神疾病自动分类研究进展

临床上精神疾病的诊断大多依赖于精神科医生的主观评价，缺少客观有效的生物学指标。脑电信号分析与机器学习方法相结合，在精神疾病辅助诊断领域的应用发展迅速，采用传统机器学习算法和深度学习算法，对脑电信号特征进行学习，从而实现精神疾病的分类研究。文章介绍了脑电信号的基本概念、处理流程及其常用特征，笔者总结了脑电信号在抑郁症、双相情感障碍、精神分裂症等精神疾病自动分类的研究进展，最后展望了机器学习方法在该领域的发展趋势。采用传统的机器学习方法仍然是用于自动分类主流的工具。但深度学习内部复杂的体系结构及训练过程阻碍了对其内部的理解，难以解释其在医学领域的作用，因此深度学习也是脑电研究发展方向之一。此外，单独对脑电图进行分析难以囊括患者所有的特征，需与其他模态的生理参数结合进行多生理参数融合分析，使得疾病诊断更加智能化。     

基于深度学习的生物医学数据分析进展

传统生物医学数据分析技术在大数据时代背景下,面临着巨大挑战,而深度学习技术在生物医学分析领域的应用,迎来了巨大的发展机遇。本文综述了深度学习在生物医学数据分析领域的最新研究进展。首先阐述了深度学习方法及工具,随后以时间为主线,围绕生物医学问题的提出、数据预处理方法、模型建立方法、训练算法重点总结了近五年深度学习在生物医学数据分析中的具体应用,并重点强调了医疗辅助诊断中的深度学习应用。最后给出了未来深度学习在生物医学数据分析领域可能的发展方向。     

基于深度学习的脑图像分割算法研究综述

基于深度学习的脑图像分割算法是目前的一个研究热点。本文首先对脑图像分割的意义以及相关算法内容进行系统阐述,突出了基于深度学习的脑图像分割算法的优势。然后,本文从针对脑图像存在的问题所提出的基于深度学习的脑图像分割算法、先验知识引导的基于深度学习的脑图像分割算法和基于通用深度学习模型的脑图像分割算法三个方面,介绍近年来流行的基于深度学习的脑图像分割算法,以便相关领域的科研工作者更系统地了解目前的研究进展。最后,本文为基于深度学习的脑图像分割算法的进一步研究提供了一些建议。     

基于深度学习的中药材饮片图像识别

目的 建立一个基于深度卷积神经网络的中药饮片图像检测识别系统.该系统对于正常情况下采集的中药饮片图像,能够自动检测识别出相应类别的中药饮片.方法 本文使用了SSD目标检测算法,构建数据集,利用标注工具进行了标注,然后在云端colab上进行调试代码、训练、测试、验证.结果 对于3种中药饮片(枸杞、甘草、陈皮)进行识别验证,平均识别率高于80％,样本集足够大可以有效提高识别准确率.结论 本文将卷积神经网络应用于中药材识别中,将传统的中医学与新兴的深度学习网络相结合,识别中药饮片的效率高,速度快,准确率高,可应用于绝大部分需要识别中药饮片类别的场景.     

深度学习在颅内出血CT中的研究进展

颅内出血起病迅速，死亡率及致残率高，非对比增强CT是疑似颅内出血患者的首选检查方式。深度学习高效、精准，已广泛应用于颅内出血的影像学研究中，但也存在一些问题，本研究整理了近年来深度学习在颅内出血CT领域中的研究进展，就深度学习引入颅内出血影像学领域后所取得的成果与存在的不足展开综述，以期实现深度学习辅助颅内出血精准诊断的进一步突破。     

基于卷积神经网络的细胞识别

结合深度学习理论,将卷积神经网络算法运用到细胞识别上。相比传统的细胞识别算法,基于卷积神经网络的细胞识别使流程变得简单,同时也使得细胞的识别率更高。与多层神经网络、支持向量机及决策树等机器学习算法相比,卷积神经网络算法由于本身网络的复杂度以及训练集的大样本量,其深度远大于传统的机器学习算法,能较这些手工提取特征的方法更好地表达特征和区分细胞,最终取得的分类效果也要优于前者。研究结果表明卷积神经网络算法能较好地用于细胞识别。     

Affordable,web-based surgical skill training and evaluation tool

Advances in the medical field have increased the need to incorporate modern techniques into surgical resident training and surgical skills learning. To facilitate this integration, one approach that has gained credibility is the incorporation of simulator based training to supplement traditional training programs. However, existing implementations of these training methods still require the constant presence of a competent surgeon to assess the surgical dexterity of the trainee, which limits the evaluation methods and relies on subjective evaluation. This research proposes an efficient, effective, and economic video-based skill assessment technique for minimally invasive surgery (MIS). It analyzes a surgeon’s hand and surgical tool movements and detects features like smoothness, efficiency, and preciseness. The system is capable of providing both real time on-screen feedback and a performance score at the end of the surgery. Finally, we present a web-based tool where surgeons can securely upload MIS training videos and receive evaluation scores and an analysis of trainees’ performance trends over time.     

基于深度学习的医学图像识别研究进展

近年来,随着医学影像技术的快速发展,医学图像分析步入大数据时代,如何从海量的医学图像数据中挖掘出有用信息,对医学图像识别带来巨大的挑战。深度学习是机器学习的一个新领域,传统的机器学习方法不能有效地挖掘到医学图像中蕴含的丰富信息,而深度学习通过模拟人脑建立分层模型,具有强大的自动特征提取、复杂模型构建以及高效的特征表达能力,更重要的是深度学习方法能从像素级的原始数据中逐级提取从底层到高层的特征,这为解决医学图像识别面临的新问题提供了新思路。首先阐述深度学习方法,列举深度学习方法的三种常见的实现模型,并介绍深度学习的训练过程;随后总结了深度学习方法在疾病检测与分类和病变识别两方面的应用情况,以及深度学习应用在医学图像识别中的两个共性问题;最后对深度学习在医学图像识别中存在的问题进行分析及展望.     

微创临床局部解剖学教学体系的建立和探索

目的随着临床医学中微创手术的广泛开展,传统局部解剖学的教学模式明显不切合于现在的临床应用,我们在近3年的局部解剖学教学中,尝试建立基础与临床相结合的临床微创局部解剖学教学体系,实现了医学生培养上的多赢。方法在北京大学医学部的3个年级临床医学专业的医学生中,分成传统局部解剖学(局解组)和微创局部解剖学(微创局解组)。微创局解组同学借助模拟腔镜等微创手术器械,开展微创临床解剖学的教学。结果与传统局解组相比,微创局解组同学在学习兴趣,学习的主动性,知识的牢固性,解剖动手能力,临床思维能力,解剖和临床知识的互补性,讨论及交流能力和师生互动等方面均有不同程度的提高。结论微创解剖学教学体系不仅能够满足医学生尤其是临床医学生早期接触临床微创手术及手术器械的需要,并且还可以促进解剖学老师深入了解临床手术的进展,有利于进一步明确教学目的,并促进了基础解剖与临床进展的交流。     

基于电磁跟踪的经数字减影血管造影手术导航

目的 为满足介入手术和微创手术中更精准的手术导航需求,采用Aurora电磁跟踪技术辅助手术导航,通过与各种手术器械自由组合,进一步解决手术中遇到的各种难题。方法 采用Aurora电磁跟踪系统,与含有金属材料的医疗手术环境相匹配,利用电磁跟踪系统自带的控制软件,使用其配备二次开发包的VC编程语言编写一套适合临床手术导航的实时显示系统,并在医院不同的医学手术导航应用中进行性能测试和对比实验,测量跟踪系统的精确程度,统计各种手术器械分别对应不同手术应用的对照表。 结果 在介入手术中,随机选取160名冠状动脉造影患者,其中80名采用经数字减影血管造影（DSA）下电磁跟踪作为实验组,80名只使用DSA辅助作为对照组,结果发现实验组造影剂用量明显减少,操作时间明显缩短,介入手术操作可控度的成功率从95%提高到99%。 结论 通过对比实验,证明Aurora电磁跟踪技术明显提高了手术的定位精度,导航精度的平均值小于2 mm,在介入手术和微创手术方面,可以大大减轻病人痛苦,降低医疗风险,保障医疗安全,提升医院手术技术水平。     

Integrated high pressure microhydraulic actuation and control for surgical instruments

To reduce the surgical trauma to the patient, minimally invasive surgery is gaining considerable importance since the eighties. More recently, robot assisted minimally invasive surgery was introduced to enhance the surgeon's performance in these procedures. This resulted in an intensive research on the design, fabrication and control of surgical robots over the last decades. A new development in the field of surgical tool manipulators is presented in this article: a flexible manipulator with distributed degrees of freedom powered by microhydraulic actuators. The tool consists of successive flexible segments, each with two bending degrees of freedom. To actuate these compliant segments, dedicated fluidic actuators are incorporated, together with compact hydraulic valves which control the actuator motion. Especially the development of microvalves for this application was challenging, and are the main focus of this paper. The valves distribute the hydraulic power from one common high pressure supply to a series of artificial muscle actuators. Tests show that the angular stroke of the each segment of this medical instrument is 90°.     

数字化医学技术与脊柱外科的临床应用

背景：随着现代科学技术尤其是计算机技术和医学技术的迅猛发展,现代脊柱外科进入了一个崭新的时代,呈现出数字化、个性化、显微化、精确化和人工智能化的发展趋势。 目的：探讨数字化技术在脊柱外科中的应用研究进展。 方法：文章检索词为“脊椎(spine);腰椎(lumbar);颈椎(cervical);数字化(digitization);脊柱外科(spinal surgery);数字骨科学(digital orthopedics);有限元模型(the finite element model);计算机辅助设计(computer assisted design,CAD);微创技术(minimally invasive technology);三维重建(three dimensions reconstruction, 3D);CT;磁共振成像(MRI);计算机仿真(computer emulation);内窥镜(endoscope);椎间盘(intervertebral disc);经皮内窥镜激光椎间盘切除术(percutaneous endoscopic laser-assisted discectomy, PELD)”,对有限元、计算机导航技术、微创技术以及医学影像在脊柱外科中的应用文献进行深入分析,探讨数字化脊柱外科手术的特点,临床效果以及安全性。 结果与结论：数字化医学在有限元模型、计算机导航技术、微创技术、医学影像等领域研究进展的基础上,建立独特的脊柱外科新方法,并将其广泛应用于临床骨科。有限元模型最大的优势在于可以反映集体内部的应力变化情况,有限元分析应用于医学生物力学后,取得了很大的进步与发展。计算机导航技术的工作原理是利用数字化影像信息通过媒介体输入计算机工作站,经运算处理后重建三维模型影像,通过相关软件,在此影像基础上进行术前计划并模拟进程,通过高解像度的显示屏从各个方位观察到当前的手术入路以及各种参数,完成微创手术。微创脊柱外科采用微小切口或穿刺通道,运用特殊的器械或装置在影像仪器监视下或导航技术的引导下进行手术。医学影像分析作为信息科学技术为基础的交叉学科研究,对脊柱外科的临床诊断和观察具有参考价值。数字化医学高效率、高精度、三维立体地了解疾病的分布、形态、结构,最大程度减少手术创伤,在脊柱外科应用中的前景广阔。     

达芬奇手术机器人从引进到使用过程中的科学管理

随着外科手术精准化及微创化发展,越来越多的医院引进达芬奇手术机器人,设备已从第一代发展到第四代。相较于传统手术,“医生+机器人”的组合突破了传统腔镜器械无法转弯、深层次血管缝合无法百分之百精准的问题,在保证灵活性及平稳性的基础上实现失血量、组织创伤、炎性反应等问题的同步降低。第四代达芬奇手术机器人具有悬吊式手术臂结构并具有多角度摆位设定的关节,可以由内到外地延展手术工作区域,内置荧光成像技术可实时显示和评估血管、胆管和组织灌注的情况。由于手术机器人价格昂贵,结构复杂精密,医院需要进行充分论证、精细化管理,才能保证设备引进后实现最佳的社会效益及经济效益。本文以达芬奇XI手术机器人为例介绍了设备的引进、安装、培训、验收及使用全流程的科学管理,为医院引进手术机器人全过程管理提供科学的方法及思路。     

功能性磁共振成像在轻度认知障碍检测诊断的研究综述

现代社会中,阿尔茨海默病已经成为严重影响和限制个人日常生活甚至危及患者生命安全的一种疾病.轻度认知障碍作为阿尔茨海默病的前一个阶段,对其精确诊断有助于干预或降低患者转化为阿尔茨海默病的几率.目前,功能磁共振成像技术已经广泛应用于轻度认知障碍的检测诊断研究中.从特征提取、特征选择、数据降维和分类识别等方面,对fMRI在M...     

退变性腰椎侧凸的手术治疗进展

目的 探讨退变性腰椎侧凸的手术治疗进展。方法 在PubMed和中国知网数据库,限定语言种类为English和中文,检索1970年1月—2021年7月发表的有关退变性腰椎侧凸手术治疗的文献1 638篇,根据纳入、排除标准进行筛选,最终纳入45篇文献（中文6篇、英文39篇）。从手术固定融合范围、长节段固定融合上下端椎的选择、微创技术以及围手术期并发症4个方面进行总结分析。结果 对于矢状位平衡尚可的相对年轻且术后运动功能要求较高的退变性腰椎侧凸患者、身体条件差无法耐受全身麻醉和大手术的退变性腰椎侧凸患者、宽/长指数小于0.36的退变性腰椎侧凸患者,采取有限减压、固定、融合手术是可行的。对于严重或进展较快的矢状位和/或冠状位失平衡、旋转畸形、腰椎滑脱或不稳的僵硬性退变性腰椎侧凸患者,开放手术长节段固定融合是必要的,合并发生腰椎后凸者还需要考虑进行截骨。对于接受长节段固定融合手术的退变性侧凸患者,上、下端椎的选择要遵循个体化原则。目前退变性腰椎侧凸微创治疗多为单中心报道,疗效满意,但是微创技术并不适用于所有退变性腰椎侧凸患者,长期疗效以及翻修情况有待于今后的继续观察。结论 尽管退变性腰椎侧凸的治疗手段越来越多元化且临床疗效确切,但患者的治疗仍然需要遵循个体化原则。手术治疗以改善患者的临床症状和提高综合满意度为首要原则,适当重建冠状位和矢状位的平衡,以尽可能小的手术创伤取得最佳的临床疗效。微创技术的快速发展为退变性腰椎侧凸的手术治疗增添了新的选择,其短期疗效确切,长期疗效还有待随访观察。