生物醫(yī)學(xué)工程中的先進(jìn)計(jì)算方法

張進(jìn)興

近10年來(lái)，在醫(yī)療成像、生理建模、傳感系統(tǒng)及計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互和自動(dòng)化等方面的巨大進(jìn)步，使得生物醫(yī)學(xué)工程有了快速、顯著的發(fā)展。生物醫(yī)學(xué)工程涉及了醫(yī)藥和生物科學(xué)的工程應(yīng)用準(zhǔn)則，包括生物醫(yī)藥、醫(yī)療成像、生理建模、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、自動(dòng)化控制、信號(hào)處理、圖像重建、模式識(shí)別及生物力學(xué)等領(lǐng)域。目前，生物醫(yī)學(xué)工程已經(jīng)擁有了復(fù)雜的醫(yī)療診斷及治療手段，越來(lái)越多的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于臨床，幫助我們開(kāi)發(fā)新的植入物或假肢及創(chuàng)造新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和完善的工具集技術(shù)以用于疾病的檢測(cè)、預(yù)防和治療。

全書(shū)由兩部分組成，共9章。第1部分 先進(jìn)的計(jì)算方法，包含第1-5章：1.生物醫(yī)學(xué)圖像分割中的圖形算法技術(shù)。用于分割三維醫(yī)學(xué)圖像結(jié)構(gòu)的圖形方法，即圖割法和多物體、多表面的分層優(yōu)化圖形圖像分割法；2.醫(yī)學(xué)圖像處理中的信息論聚類?；仡櫫俗罱畔⒄摽蚣芟碌募悍椒ǎ榻B了其能夠在一幅表示不同組織特性的醫(yī)學(xué)圖像中尋找聚類的合適數(shù)量，提出了一種對(duì)于優(yōu)化給定聚類配置質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)的聚類方法；3.多目標(biāo)差分進(jìn)化算法——基于模糊聚類的腦部MR圖像分割算法。介紹了應(yīng)用于同步優(yōu)化多集群的基于多目標(biāo)差分進(jìn)化模糊聚類技術(shù)，詳細(xì)地論述了用于底層優(yōu)化的差分進(jìn)化算法技術(shù)原理，闡述了在差分進(jìn)化中聚類中心向量編碼技術(shù)；4.丘腦皮層神經(jīng)質(zhì)量模型振蕩動(dòng)力學(xué)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(tài)分析技術(shù)，接著介紹了一種結(jié)合了丘腦皮層神經(jīng)質(zhì)量模型功率譜分析與非線性行為分析；5.蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)元學(xué)習(xí)方法。介紹了多尺度蛋白質(zhì)生物功能預(yù)測(cè)算法，討論了在蛋白質(zhì)功能分析中使用元學(xué)習(xí)方法的優(yōu)勢(shì)，尤其是在蛋白質(zhì)序列分析、三維結(jié)構(gòu)比較、生物功能解釋與分子間相互作用分析中，給出了對(duì)選定的生物系統(tǒng)進(jìn)行整體行為預(yù)測(cè)的不同的計(jì)算方法及元學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

第2部分 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括第6-9章：6.三維超聲圖像頸動(dòng)脈分割。本章介紹了一種精確可靠的從三維超聲圖像中進(jìn)行頸動(dòng)脈分割方法，闡速了頸動(dòng)脈血管分割算法，并證明了三維超聲是一種對(duì)于在經(jīng)動(dòng)脈粥樣硬化中前期后期的定量分析中的可行算法；7.結(jié)構(gòu)神經(jīng)元可塑性定量圖像分析的一些當(dāng)代問(wèn)題。介紹了在微觀層面腦結(jié)構(gòu)研究過(guò)程，闡釋了神經(jīng)元可塑性過(guò)程，以解釋大量神經(jīng)退化性疾病原因，使用熒光共聚焦顯微鏡對(duì)腦組織圖像進(jìn)行定量分析；8.軟骨和軟骨下骨中的骨關(guān)節(jié)炎的先進(jìn)核磁共振成像。概述了用以檢測(cè)軟骨及軟過(guò)下骨組織、軟骨生物組織的非植入性病理檢測(cè)的核磁共振成像技術(shù)，介紹了在該領(lǐng)域的最新發(fā)現(xiàn)，及骨關(guān)節(jié)炎的檢測(cè)和治療方法；9.計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像中基于下頜骨骨折的發(fā)際線檢測(cè)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)。本章介紹了可以從CT圖像中檢測(cè)下頜骨骨折的發(fā)際問(wèn)題，闡述了解決該問(wèn)題的方法，即首先在二維CT圖像切片中確定頜骨的骨折發(fā)際線，接著使用最大流最小割算法檢測(cè)的骨裂結(jié)構(gòu)。

本書(shū)適合計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、電氣工程與系統(tǒng)科學(xué)等專業(yè)碩士研究生閱讀和學(xué)習(xí)，亦可作為對(duì)圖像處理、三維重建、信息技術(shù)及生物醫(yī)學(xué)研究感興趣的其他專業(yè)學(xué)生參考書(shū)。對(duì)于在計(jì)算和分子生物學(xué)、生物工程以及圖像處理的研究人員或從業(yè)人員，本書(shū)也會(huì)提供很有用的幫助。

（中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）endprint