《生命科学仪器及技术》

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光镊研究与产业现状

图ｌＡ．ＡｓｈｋｉＩｌ在实验室特别报道Ｉ光镊技术光镊研究与产业现状采写编辑：谢婧士黑纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目］木标。

光镊是利用光与物质问动量的传递的力学效应而形成的三维梯度光学势阱，是一种可以对活细胞和其他微小物体进行无损伤和非接触性操控的工具。

它是建立在光辐射压原理的基础上的。

早在１６１９年开普勒就曾经提出，光可能有“机械效应”，麦克斯韦在１８７３年、爱因斯坦在１９１７年都对光辐射压理论做过重要贡献。

到了１９６６年，索格金等人发明的可调染料激光器则为进一步探讨“光的机光镊将细胞从正常位置移去的能力，为我们打开了精确研究细胞功能的大门ｏ．——Ａ．Ａｓｈｋｉｎ械特性”和促进其应用提供了条件。

２０世纪７０年代，美国贝尔实验室的学者Ａ．Ａｓｈｋｉｎ（图１）和他的同事在对光子与中性原子的相互作用进行研究时，利用高聚焦单光束成功束缚了水中的乳胶微粒，将辐射压的应用从原子量级扩展到了微米量级。

在此基础上，Ａｓｈｋｉｎ又成功设计了双光束光学势阱，初步实现了利用光压操纵微粒的想法。

合作研究者朱棣文等还因为利用光压原理发展了激光冷却和囚禁原子的方法获得了１９９７年的诺贝尔物理奖。

１９８６年Ａｓｈｌｄｎ把单光束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱，证明其可以在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行亚接触性、无损活体操作，并形象地称其为光镊。

１９８６年问世后光镊技术发展迅速，针对不同种类激光束产生的光镊研究越来越全面，光镊的应用范围也越来越广（图２）。

纳米科学和生命科学被认为是２１世纪很有发展前途的领域，纳米生物学正是这两大领域的交叉产物，其研究的纳米生物体系主要是生物大分子及其复合体。

光镊的发明使在单个生物大分子及其复合体层面上对生命活动进行研究成为可能。

正如Ａｓｈｋｉｎ所说，光镊“为我们打开了精确研究细胞功能的大门”，在生命科学以及介观物理学领域得到了迅速应用并显示出了广阔的应用前景。

应用于纳米层面的光镊的精度也从微米达到了纳米：它可操控对象的尺度达到纳米量级：对微粒的操控定位达到纳米精度：位移测量达到纳米精度；可进行飞牛（ｆＮ）到皮牛（ｐＮ）量级微图２光镊的应用小相互作用力的实时测量。

生命科学中的新型分析技术和仪器的应用研究

生命科学中的新型分析技术和仪器的应用研究生命科学是研究生命现象的科学，它有着广泛的研究领域，包括分子生物学、细胞生物学、生态学等多个分支。

在这些分支中，对于生命现象的认识和理解的基础是对于生物分子的分析研究。

近年来，随着科学技术水平的不断提高，许多新型分析技术和仪器的问世，为生命科学的研究提供了更加准确、快捷和深入的手段。

下面我们将从几个方面进行探讨。

1. 基因测序技术基因是一个生物体遗传信息的基本单位。

基因测序技术是指通过对生物体基因组序列的测序，来获取生物体遗传信息的手段。

随着近年来基因测序技术水平的不断提高，对于更大、更复杂的生物体，如人类基因组的测序也已经实现。

这一技术的发展，不仅为人们解答了基因组中各种生物分子的在空间和时间上的组织方式，同时也为各种基因疾病的研究和治疗奠定了基础。

2. 蛋白质质谱技术蛋白质是生命活动中最基本的分子之一。

蛋白质质谱技术是指通过技术手段将一个样品中的蛋白质分离出来，并通过质谱技术对其中某一特定蛋白质的结构和特性进行分析。

这项技术的发展，不仅为人们研究了很多未知的蛋白质，也提供了另一种筛选和鉴定药物分子靶点的手段。

此外，它还有利于人们更深入地认识蛋白质参与的细胞信号传递等生命活动的机理。

3. 细胞成像技术在生命科学中，人们常常需要通过对生物细胞结构、功能和活动等多维度的观测，来揭示细胞异变以及生物体的一些机能变化。

细胞成像技术的出现，为这个需求提供了强有力的工具。

现代的细胞成像技术，除了目前较为常见的荧光成像技术，还包括融合成像技术、多轴成像技术等不同方法。

这些技术的应用，使人们可以更准确、全面地观察到生物细胞的各种变化和活动。

4. 生物芯片技术生物芯片技术是一种将生物分子固定在芯片上的技术，通过对这些生物分子的反应来实现对生物样本的检测和分析。

生物芯片技术是一个应用广泛的生物分析技术，它可以用于基因检测、蛋白质检测、细胞检测等多种生命科学研究和临床诊断应用领域。

经直肠超声造影参数与直肠癌患者临床病理特征及生存预后的相关性

生命科学仪器 2023年第21卷/第6期技术与应用97作者简介:李观远(1993-)男,江苏省淮安市人,汉,初级职称,本科,研究方向:超声㊂通讯作者:黄声稀,E m a i l :h e c a i q i a n g0453@163.c o m 经直肠超声造影参数与直肠癌患者临床病理特征及生存预后的相关性李观远吕校平崔晓梅黄声稀通讯作者(中国人民解放军东部战区总医院特诊科,江苏南京210000)摘要目的:探讨经直肠超声造影参数与直肠癌患者临床病理特征及生存预后的相关性㊂方法:收集2020年5月-2021年5月间在本院接受直肠癌根治术治疗的原发性直肠癌患者130例作为直肠癌组,同期在本院行肠镜切除息肉㊁病理明确为良性息肉的患者100例作为肠息肉组㊂均接受经直肠超声造影(C E U S )并记录达峰时间(T T P)㊁峰值强度(P I )㊁曲线下面积(A U C )等参数值,对比直肠癌组㊁肠息肉组患者的术前上述参数值差异,分析C E U S 定量参数与直肠癌病理特征㊁生存预后的关系㊂结果:直肠癌组患者的经直肠C E U S 参数T T P 短于肠息肉组,P I ㊁A U C 大于肠息肉组,差异均有统计学意义(P <0.05)㊂不同年龄㊁性别㊁肿瘤距肛缘位置㊁肿瘤最长直径㊁病理类型㊁神经侵犯及血清C E A 水平的直肠癌患者C E U S 参数T T P ㊁P I ㊁A U C 值差异无统计学意义(P >0.05)㊂不同T N M 分期㊁肿瘤分化程度㊁淋巴结转移的直肠癌患者C E U S 参数T T P ㊁P I ㊁A U C 值差异有统计学意义(P <0.05)㊂随访期130例直肠癌患者出现复发转移28例并归于复发转移组,其余102例未出现复发转移并归于未复发转移组㊂复发转移组患者的入院时C E U S 参数T T P 短于未复发转移组,P I ㊁A U C 大于未复发转移组,差异均有统计学意义(P <0.05)㊂结论:直肠癌患者的术前经直肠C E U S 参数存在明显异常,且具体参数值与临床病理特征㊁生存预后关系密切,可能成为后续直肠癌患者的常规检查手段之一㊂关键词直肠癌;经直肠超声造影;临床病理特征;生存预后C o r r e l a t i o n o f t r a n s r e c t a l c o n t r a s t -e n h a n c e d u l t r a s o u n d p a r a m e t e r s w i t h c l i n i c o p a t h o l o g i c a l f e a t u r e s a n d s u r v i v a l p r o gn o s i s i n p a t i e n t s w i t h r e c t a l c a n c e r L i G u a n y u a n ,H u a n g S h e n g x i ,L v X i a o p i n g(S p e c i a l D i a g n o s i s D e p a r t m e n t o f t h e E a s t e r n T h e a t e r C o mm a n d G e n e r a l H o s pi t a l o f t h e P e o p l e 's L i b e r a t i o n A r m y o f C h i n a ,N a n j i n g J i a n gs u 210000)ʌA b s t r a c t ɔO b je c t i v e :T o i n v e s t i g a t e t h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t r a n s r e c t a l c o n t r a s t -e n h a n c e d u l t r a s o u n d p a r a m e t e r s a n d c l i n i -c o p a t h o l o g i c a lf e a t u r e s a n d s u r v i v a l p r og n o s i s o f p a t i e n t s w i th r e c t a l c a n c e r .M e t h o d s :A t o t a l o f 130p a ti e n t s w i t h p r i m a r yr e c t a l c a n c e r w h o r e c e i v e d r a d i c a l r e s e c t i o n o f r e c t a l c a n c e r i n o u r h o s p i t a l f r o m M a y 2020t o M a y2021w e r e s e l e c t e d a s t h e r e c t a l c a n c e r g r o u p ,a n d 100p a t i e n t s w h o u n d e r w e n t c o l o n o s c o p i c p o l y p s i n o u r h o s p i t a l d u r i n gt h e s a m e p e r i o d a n d w e r e p a t h o l o g i c a l l y i d e n t i f i e d a s b e n i g n p o l y p s w e r e s e l e c t e d a s t h e i n t e s t i n a l p o l y p g r o u p.A l l p a t i e n t s u n d e r w e n t t r a n s r e c t a l c o n t r a s t -e n h a n c e d u l t r a s o u n d (C E U S )a n d r e c o r d e d t h e p e a k t i m e (T T P ),p e a k i n t e n s i t y (P I ),a r e a u n d e r t h e c u r v e (A U C )a n d o t h e r p a r a m e t e r s .T h e p r e o p e r a t i v e d i f f e r e n c e s o f t h e a b o v e p a r a m e t e r s b e t w e e n t h e r e c t a l c a n c e r g r o u p an d t h e i n t e s t i n a l p o l y p g r o u p w e r e c o m p a r e d ,a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e q u a n t i t a t i v e p a r a m e t e r s o f C E U S a n d t h e pa t h -o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d s u r v i v a l p r o g n o s i s o f r e c t a l c a n c e r w a s a n a l yz e d .R e s u l t s :T h e t r a n s r e c t a l C E U S p a r a m e t e r s T T P i n r e c t a l c a n c e r g r o u p w e r e s h o r t e r t h a n t h o s e i n i n t e s t i n a l p o l y p g r o u p ,a n d P I a n d A U C w e r e h i gh e r t h a n t h o s e i n i n t e s t i n a l p o l y p g r o u p ,w i t h s t a t i s t i c a l s i g n i f i c a n c e (P <0.05).T h e r e w e r e n o s i gn i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n C E U S p a r a m e t e r s T T P ,P I a n d A U C v a l u e s a m o n g r e c t a l c a n c e r p a t i e n t s w i t h d i f f e r e n t a g e ,s e x ,t u m o r l o c a t i o n f r o m a n a l m a r g i n ,l o n ge s t t u m o r d i a m e t e r ,p a t h o l o g i c a l t y pe ,n e r v e i n v a s i o n a n d s e r u m C E A l e v e l (P >0.05).T h e C E U S p a r a m e t e r s T T P ,P I a n d A U C v a l u e s of r e c t a l c a n c e r p a t i e n t s w i t h d i f f e r e n t T N M s t ag e ,t u m o r d i f f e r e n t i a t i o n d e g r e e a n d l y m ph n o d e m e t a s t a s i s h a d s t a t i s t i c a l s i g n i f i c a n c e (P <0.05).D u r i n g t h e f o l l o w -u p pe r i o d ,28of t h e 130p a t i e n t s w i t h r e c t a l c a n c e r h a d r e c u r -r e n c e s a n d m e t a s t a s e s a n d b e l o ng e d t o th e r e c u r r e n c e s a n d m e t a s t a s e s g r o u p,a n d t h e o t h e r 102p a t i e n t s d i d n o t h a v e r e c u r -r e n c e s a n d b e l o n g e d t o t h e n o n -r e c u r r e n c e s a n d m e t a s t a s e s g r o u p.T h e C E U S p a r a m e t e r T T P o f p a t i e n t s i n t h e r e c u r -r e n c e a n d m e t a s t a s i s g r o u p w a s s h o r t e r t h a n t h a t i n t h e g r o u p wi t h o u t r e c u r r e n c e a n d m e t a s t a s i s ,a n d t h e P I a n d A U C w e r e h i g h e r t h a n t h a t i n t h e g r o u p w i t h o u t r e c u r r e n c e a n d m e t a s t a s i s ,w i t h s t a t i s t i c a l s i gn i f i c a n c e (P <0.05).C o n c l u s i o n :P r e o p e r a t i v e t r a n s r e c t a l C E U S p a r a m e t e r s i n p a t i e n t s w i t h r e c t a l c a n c e r a r e o b v i o u s l y a b n o r m a l ,a n d t h e s p e c i f i c pa r a m e t e r v a l u e s a r e c l o s e l y r e l a t e d t o c l i n i c o p a t h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d s u r v i v a l p r o g n o s i s ,w h i c h m a y be c o m e o n e of t h e r o u t i n e e x a m i n a t i o n m e t h o d s f o r s u b s e q u e n t r e c t a l c a n c e r p a t i e n t s .ʌK e y wo r d s ɔr e c t a l c a n c e r ;T r a n s r e c t a l c o n t r a s t -e n h a n c e d u l t r a s o u n d ;C l i n i c o p a t h o l o g i c a l f e a t u r e s ;S u r v i v a l p r o g n o s i s 中图分类号:R 322.4+5 文献标识码:A D O I :10.11967/2023211221技术与应用生命科学仪器 2023年第21卷/第6期98直肠癌是齿状线至直肠乙状结肠交界处之间的癌,是目前消化系统最常见的恶性肿瘤㊂直肠癌位置深入骨盆㊁解剖关系复杂,因此手术切除后残留肿瘤细胞的风险较高㊁术后复发率高[1-2]㊂如何早期筛查直肠癌术后复发高危人群㊁评估复发风险,对于直肠癌手术患者的治疗方案完善㊁远期预后优化等均有重要意义㊂超声造影(c o n t r a s t -e n -h a n c e d u l t r a s o u n d ,C E U S)是利用造影剂使后散射回声增强来提高超声诊断分辨力㊁敏感性㊁特异性的一种新型技术,可客观反映正常组织㊁病变组织的血流灌注情况[3-4],已经在宫颈癌分期诊断[5]㊁小肝癌微血管侵犯预测[6]㊁胆囊病灶良恶性鉴别诊断[7]中获得成功应用㊂本文将经直肠C E U S 引入直肠癌手术患者的术前检查中,评估其与患者临床病理特征㊁生存预后等关联,旨在为后续同类患者的术前检查手段明确㊁治疗指导指标探寻等提供新思路㊂1 资料与方法1.1 一般资料收集2020年5月-2021年5月间在本院接受直肠癌根治术治疗的原发性直肠癌患者130例作为直肠癌组,纳入标准:(1)术中病理明确为原发性直肠癌;(2)符合直肠癌根治术指征,术前无新辅助放化疗;(3)手术顺利实施,无影响术后康复的严重并发症;(4)临床资料收集完整㊂排除标准:(1)合并其他原发恶性肿瘤性疾病;(2)合并严重心肝肾功能不全㊁自身免疫性疾病㊁血液系统疾患等可能影响手术实施及术后康复的严重疾患;(3)患者年龄<18周岁或>80周岁;(4)合并严重营养不良㊁无法耐受手术创伤者;(5)妊娠或者哺乳期女性㊂选取同期在本院行肠镜切除息肉㊁病理明确为良性息肉的患者100例作为肠息肉组㊂直肠癌组㊁肠息肉组患者均由本人签署知情同意书,资源配合经直肠超声造影,最后本院伦理委员会审核批准此次研究计划㊂直肠癌组㊁肠息肉组患者的临床资料分布差异无统计学意义(P >0.05),具有可比性,见表1㊂表1 直肠癌组㊁肠息肉组患者的临床资料比较组别n 男/女年龄(周岁)体质指数(k g/m 2)合并慢性病高血压糖尿病冠心病直肠癌组13063/6764.83ʃ8.1923.18ʃ2.7621146肠息肉组10048/5264.41ʃ8.0523.36ʃ2.9113114统计值χ2=0.005t =0.388t =0.479χ2=0.446χ2=0.003χ2=0.051P0.9450.6980.6330.5040.9560.8211.2 经直肠超声造影参数获取患者接受直肠超声检查前尽可能排空肠道,取左侧卧位并嘱其深呼吸,采用B K 5000彩色多普勒超声诊断仪(百胜M yL a b T w i c e ),选择双平面经直肠超声探头缓慢经肛门旋转置入,先行常规超声全面扫查直肠及肛管,明确肿瘤位置后再肿瘤最大切面测量其长短厚度及与肛门距离等基本信息㊂切换至C E U S 模式,经肘正中静脉团注S o n o V u e 混悬液2.4m l,观察1m i n 后选取造影剂达峰值时的图像,在直肠的高增强㊁低增强区域描绘感兴趣区域(r e gi o n o f i n t e r e s t ,R O I),用软件自动生成时间-强度曲线,计算得到达峰时间(t i m e t o p e a k ,T T P )㊁峰值强度(pe a k i n -t e n s i t y ,P I )㊁曲线下面积(a r e a u n d e r t h e c u r v e ,A U C )等相关定量参数㊂1.3 临床病理特征收集收集所有直肠癌患者的临床病理特征信息,包括肿瘤距肛缘位置㊁肿瘤最长直径㊁T N M 分期㊁肿瘤分化程度㊁淋巴结转移㊁病理类型㊁神经侵犯㊁血清癌胚抗原(c a r c i n o e m b r yo n i c a n t i ge n ,C E A )水平㊂1.4 预后随访术后进行长期随访,从出院当日开始㊁持续至2023年5月1日或明确患者出现复发的时间点作为随访终点㊂以门诊复查㊁电话随访㊁家访等形式进行,检查方式包括腹部B 超㊁C T 等,记录患者的复发转移情况㊂1.5 统计学方法软件S P S S 22.0对文中数据进行处理,P <0.05为差异有统计学意义的标准㊂计数资料的两组间比较采用卡方检验;计量资料均符合正态分布,两组间比较采用t 检验㊂2 结果2.1 直肠癌组㊁肠息肉组患者的经直肠C E U S 参数值比较直肠癌组患者的经直肠C E U S 参数T T P 短于肠息肉组,P I ㊁A U C 大于肠息肉组,差异均有统计学意义(P <0.05)㊂见表2㊂表2 直肠癌组㊁肠息肉组患者的经直肠超声造影参数值比较组别n T T P (s)P I (d B)A U C直肠癌组13038.41ʃ5.9824.37ʃ4.192184.05ʃ427.81肠息肉组10050.26ʃ6.7318.52ʃ3.421466.19ʃ234.53t 14.10411.35115.118P<0.001<0.001<0.0012.2 直肠癌C E U S 参数与临床病理特征的关系不同年龄㊁性别㊁肿瘤距肛缘位置㊁肿瘤最长直径㊁生命科学仪器 2023年第21卷/第6期技术与应用99病理类型㊁神经侵犯及血清C E A 水平的直肠癌患者C E U S 参数T T P ㊁P I ㊁A U C 值差异无统计学意义(P >0.05)㊂不同T N M 分期㊁肿瘤分化程度㊁淋巴结转移的直肠癌患者C E U S 参数T T P ㊁P I ㊁A U C 值差异有统计学意义(P <0.05)㊂见表3㊂表3 直肠癌C E U S 参数与临床病理特征的关系病理特征nT T P (s)P I (d B)A U C数值tP 数值tP 数值tP年龄(周岁)<604338.34ʃ5.12>608738.57ʃ5.690.2240.82324.30ʃ2.8724.41ʃ2.950.2020.8402186.59ʃ354.232183.94ʃ312.750.0430.965性别男6338.29ʃ4.75女6738.40ʃ6.200.1130.91024.29ʃ4.5424.40ʃ4.780.1340.8932188.36ʃ294.922182.11ʃ275.920.1250.901肿瘤距肛缘位置(c m )<55438.19ʃ4.38ȡ57638.65ʃ5.790.4920.62424.20ʃ4.1724.44ʃ4.360.3150.7532182.84ʃ305.822185.62ʃ299.060.0520.959肿瘤最长直径(c m )<59838.22ʃ5.10ȡ53238.69ʃ5.620.4410.66024.19ʃ4.3224.45ʃ3.940.3020.7632180.53ʃ324.162186.68ʃ299.570.0950.925T N M 分期Ⅰ~Ⅱ7439.84ʃ6.33Ⅲ5636.59ʃ4.123.3420.00123.10ʃ2.8826.54ʃ3.436.209<0.0012103.75ʃ275.432274.38ʃ403.212.8640.005肿瘤分化程度低分化633.32ʃ5.45中高分化12438.86ʃ5.642.3530.02027.58ʃ4.3424.01ʃ3.482.4280.0172412.84ʃ430.742134.21ʃ290.652.2420.027淋巴结转移有5637.35ʃ5.12无7439.30ʃ5.762.0040.04725.94ʃ3.1224.72ʃ3.572.0350.0442212.43ʃ304.272105.17ʃ278.492.0890.039病理类型管状腺癌8038.40ʃ5.69黏液腺癌5038.50ʃ5.100.1010.91924.28ʃ2.6924.43ʃ2.870.3010.7642179.48ʃ321.932189.76ʃ302.770.1810.857神经侵犯有5338.39ʃ4.12无7738.56ʃ5.030.2030.83924.31ʃ2.5724.40ʃ2.740.1890.8512181.57ʃ278.432186.39ʃ321.050.0890.929C E A (n g/m l )>3.548638.38ʃ5.12ɤ3.544438.56ʃ4.980.1910.84024.30ʃ3.1224.44ʃ3.410.2350.8152179.64ʃ324.212187.95ʃ289.610.1430.8862.3 直肠癌C E U S 参数与生存预后的关系随访期130例直肠癌患者出现复发转移28例并归于复发转移组,其余102例未出现复发转移并归于未复发转移组㊂复发转移组患者的入院时C E U S 参数T T P 短于未复发转移组,P I ㊁A U C 大于未复发转移组,差异均有统计学意义(P <0.05)㊂见表4㊂表4 直肠癌C E U S 参数与生存预后的关系组别nT T P (s)P I (d B)A U C复发转移组2836.02ʃ5.8226.14ʃ3.492312.84ʃ348.51未复发转移组10239.10ʃ5.4623.57ʃ3.112101.63ʃ299.72t2.6073.7723.187P0.010<0.00010.0023 讨论直肠癌每年新发180万例左右,根治性手术是最可靠的治疗手段,但是目前术后5年内复发率不低,与直肠癌位置深㊁彻底切除难度大㊁肿瘤活性高等均密切相关[8-9]㊂如何积极降低直肠癌根治术后复发是目前学科研究的重点,不少学者提出术前评估肿瘤恶性程度㊁复发风险并制定周密的治疗计划,可最大程度降低术后复发㊁延长患者的无病生存时间㊂C E U S 是一种新型的超声检查手段,六氟化硫微泡作为其主要C E U S 剂可有效通过毛细血管且不进入组织间隙,故可动态反映目标组织的微循环关注状态,已经在较多肿瘤的良恶性鉴别中获得成功应用[10-11]㊂直肠癌属于富血供消化道肿瘤,其肿瘤新生血管具有管壁平滑肌缺失㊁动静脉瘘㊁无血管收缩舒张变化等特点,因此血流经过肿瘤组织的阻力较小㊁血流速度较快,在C E U S 中科早期表现出肿瘤体先于周围组织快速增强,以增强开始时间早㊁技术与应用生命科学仪器 2023年第21卷/第6期100增强强度高为主要特点[12-13]㊂文中对比直肠良恶性病变的术前C E U S 值发现,直肠癌组患者的术前T T P 较良性病变组短,P I ㊁A U C 较良性病变组大㊂T T P 反映血流通过时间/血流速度,P I㊁A U C 则反映肿瘤内部血流量[14],恶性肿瘤组织内部血管结构存在较多畸形㊁血流通过速度快,加上直肠癌组织属富血流组织㊁增强剂可在其中大量蓄积而在影像学资料中呈现高度增强,这也是上述C E U S 参数结果出现的内在原因,提示C E U S 参数在直肠良恶性病变鉴别中应该也有积极作用㊂在直肠癌内部,早期进行直肠C E U S 检查是否具有病情严重程度分级㊁术后复发风险等作用,目前尚无明确结论,故本文就此进一步探索㊂对直肠癌患者不同病理特征进行分类并对比术前C E U S 参数值,发现不同T NM 分期㊁肿瘤分化程度㊁淋巴结转移的直肠癌患者C E U S 参数T T P ㊁P I ㊁A U C 值存在明显差异,具体表现为T NM 分期较晚㊁肿瘤分化程度较低㊁合并淋巴结转移的患者术前C E U S 中T T P 更短㊁P I 更大㊁A U C 更大,结合各个参数所代表的临床意义,提示直肠癌患者中病情较重者T T P 更短,P I ㊁A U C 更大,这与上文直肠良恶性病变鉴别中的数据趋势吻合㊂故术前直肠C E U S 若检测到具体参数值存在明显的异常,应高度警惕其恶性程度较高,可考虑术前进行新辅助治疗或者增加术中组织淋巴结清扫力度㊂直肠癌目前术后5年无病生存率仍不高,术后短期内复发转移是患者生存预后不良的直接标志㊂文中所有行根治术的直肠癌患者术后均接受长期随访,随访期出现28例(21.54%)复发转移,与既往所述直肠癌术后复发率存在一定偏差,可能与本文纳入病例数有限㊁患者个体化差异等导致数据偏倚㊂在对比复发㊁未复发患者的术前C E U S 参数值时发现,复发转移组患者的术前T T P 更短,P I ㊁A U C 更大,这与直肠癌良恶性病变鉴别结果一致,提示术前C E U S 若发现存在T T P异常缩小,P I ㊁A U C 异常增高,除考虑肿瘤恶性程度高之外还应高度警惕术后早期复发转移风险,早期做好全盘治疗计划㊂本研究所纳入的结直肠癌病例数较少,在随访过程中发生复发和转移的例数也较少,因而未对复发转移的影响因素进行C O X 回归分析和预测建模,需要在今后的工作中继续延长随访时间㊁增加研究样本量㊂综合以上分析,可得出结论:直肠癌根治术患者术前行C E U S 检查并获取相关参数值,可用于肿瘤恶性程度㊁术后复发转移风险等评估,最终服务于临床治疗计划的完善及患者治疗预后的优化㊂在后续直肠癌肿瘤良恶性鉴别,直肠癌的术前检查中,可考虑将经直肠C E U S 作为必要项目之一㊂参考文献[1]G a c h a b a yo v M ,F e l s e n r e i c h D M ,B h a t t i S ,e t a l .D o e s t h e v i s c e r a l f a t a r e a i m p a c t t h e h i s t o p a t h o l o g y s pe c i m e n m e t r i c s af t e r t o t a l m e s o r e c t a l e x c i s i o n f o r d i s t a l r e c t a l c a n c e r [J ].L a ng e n b e c k s A r ch S u r g ,2023,408(1):257.[2].B a e J H ,S o n g J,Y o o R N ,e t a l .R o b o t i c L a t e r a l P e l v i c L y m ph N o d e D i s s e c t i o n C o u l d H a r v e s t M o r e L a t e r a l P e l v i c L y m p h N o d e s o v e r L a p a r o s c o p i c A p pr o a c h f o r M i d -t o -L o w R e c t a l C a n c e r :A M u l t i -I n s t i t u t i o n a l R e t r o s pe c t i v e C o h o r t S t u d y[J ].B i o m e d i c i n e s ,2023,11(6):1556.[3]S u l t a n L R ,K a r m a c h a r ya M B ,A l-H a s a n i M ,e t a l .H y d r a l a z i n e-a u g m e n t e d c o n t r a s t u l t r a s o u n d i m a g i n g im -p r o v e s t h e d e t e c t i o n o f h e pa t o c e l l u l a r c a r c i n o m a [J ].M e d P h ys ,2023,50(3):1728-1735.[4]P o r t e r T R ,F e i n s t e i n S B ,S e n i o r R ,e t a l .C E U S c a r d i a c e x -a m p r o t o c o l s I n t e r n a t i o n a l C o n t r a s t U l t r a s o u n d S o c i e t y(I C U S )r e c o mm e n d a t i o n s [J ].E c h o R e s P r a c t ,2022,9(1):7.[5]刘露萍,聂芳,朱琚.超声造影在ⅠB-ⅡB 期宫颈癌分期诊断中的价值[J ].兰州大学学报(医学版),2023,49(3):33-38.[6]付小兵,袁建军,杨龙,等.超声造影对小肝癌微血管侵犯的预测价值[J ].广东医学,2023,44(3):320-324.[7]孙鹏飞,钱林学,胡向东,等.超声造影在胆囊病灶良恶性鉴别诊断中的价值[J ].中国医学装备,2023,20(2):87-91.[8]K i m H G ,K i m H S ,Y a n g S Y ,e t a l .E a r l y re c u r r e n c e af t e r n e o a d j u v a n t c h e m o r a d i a t i o n t h e r a p y f o r l o c a l l y ad v a n ce d r e c t a l c a n c e r :C h a r a c t e r i s t i c s a n d r i s kf a c t o r s [J ].A s i a n J S u r g,2021,44(1):298-302.[9]H a g g s t r o m L ,K a n g S ,W i n n R ,e t a l .F a c t o r s i n f l u e n c i n gr e c u r r e n c e o f s t a g e I -I I I r e c t a l c a n c e r i n r e g i o n a l A u s t r a l i a [J ].A N Z J S u r g,2020,90(12):2490-2495.[10]S u l t a n L R ,K a r m a c h a r ya M B ,A l-H a s a n i M ,e t a l .H y d r a l a z i n e -a u g m e n t e d c o n t r a s t u l t r a s o u n d i m a g i n g im -p r o v e s t h e d e t e c t i o n o f h e pa t o c e l l u l a r c a r c i n o m a [J ].M e d P h y s ,2023,50(3):1728-1735.[11]Z h o u D ,W a n g Y ,Hu H ,e t a l .l n c R N A MA L A T 1p r o -m o t e s H C C m e t a s t a s i s t h r o u g h t h e p e r i ph e r a l v a s c u l a r i n f i l -t r a t i o n v i a m i R N A-613:a p r i m a r y s t u d y u s i n g co n t r a s t u l -t r a s o u n d [J ].W o r l d J S u r g On c o l ,2022,20(1):203.[12]刘爱华,龚如林,陈抚标.超声双重造影术前评估直肠癌环周切缘状态的应用价值[J ].现代肿瘤医学,2023,31(2):354-357.[13]廖中凡,罗源,敬基刚,等.基于经直肠超声造影参数的L o -gi s t i c 回归模型评估局部进展期直肠癌新辅助放化疗疗效的临床价值[J ].临床超声医学杂志,2023,25(5):384-389.[14]H u a n g Z R ,L i L ,H u a n g H ,e t a l .V a l u e of M u l t i m o d a l D a -t a F r o m C l i n i c a l a n d S o n og r a phi c P a r a m e t e r s i n P r e d i c t i n gR e c u r r e n c e o f H e pa t o c e l l u l a r C a r c i n o m a A f t e r C u r a t i v e T r e a t m e n t [J ].U l t r a s o u n d M e d B i o l ,2023,49(8):1789-1797.。

三聚氰胺的样品前处理及最新检测方法

生命科学仪器２００７　第５卷／　１０月刊技术与应用１前言三聚氰胺事件变成社会热点话题是在０７年３月份，美国大量召回被三聚氰胺污染的宠物饲料，起因于宠物饲料致死猫狗的事件。

据不完全统计，北美地区仅美国因食用有毒饲料而死亡的宠物就有上万只，　相关投诉不计其数，美国食品药品管理局调查显示，在回收的宠物食品、　死亡动物的尿液结晶和肾脏细胞中都发现有三聚氰胺，研究人员还发现，　回收宠物食品所用的小麦谷蛋白添加物中有较高浓度的三聚氰胺存在。

尽管国内尚无动物中毒死亡或产生不良反应的报道，对于三聚氰胺的毒性也有些争议，但三聚氰胺不是饲料原料，也不是国家允许使用的饲料添加物。

某些不法厂商添加三聚氰胺主要是为了增加产品的表观蛋白质含量，三聚氰胺被广泛的添加到淀粉、谷朊粉、蛋白粉中，致使不仅是饲料生产商，其它的食品工厂也需要三聚氰胺的检测以保证他们产品的安全。

本文采用固相萃取法对样品进行前处理，并对比了不同的检测方法，包括ＦＤＡ公布的检测方法对三聚氰胺分析的影响［１］。

三聚氰胺（ｍｅｌａｍｉｎｅ）简称三胺，　学名三氨三嗪，　别名蜜胺、氰尿酰胺、三聚酰胺，分子式：Ｃ３Ｎ６Ｈ６、　Ｃ３Ｎ３（ＮＨ２）３　。

分子量：１２６．１２，是一种重要的氮杂环有机化工原料［２］。

三聚氰胺显弱碱性，能够与各种酸反应生成三聚氰胺盐。

在强酸或强碱液中，三聚氰胺发生水解，胺基逐步被羟基取代，生成三聚氰酸二酰胺、三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸。

三聚氰胺与醛类反应生成加成化合物。

三聚氰胺与醛反应制成树脂，三聚氰胺树脂是一种多种用途的材料，防火耐热且有很高的稳定性，用于生产塑料、厨房用具、防火纤维、商业滤膜、胶水和阻燃剂，部分亚洲国家，也被用来制造化肥。

２材料与试剂２．１仪器与条件Ａｇｉｌｅｎｔ　１１００高效液相色谱仪（美国，Ａｇｉｌｅｎｔ公司）；二极管阵列检测器（ＤＡＤ），检测波长２４０ｎｍ，柱温：４０℃。

（１）Ａｇｅｌａ　ＶｅｎｕｓｉｌＴＭ　ＡＳＢ　Ｃ１８（　４．６×２５０ｍｍ）；缓冲液：１０ｍＭ柠檬酸，　１０ｍＭ庚烷磺酸钠；　流动相：缓冲溶液：乙腈＝８５：１５；流速：１．０ｍＬ／ｍｉｎ。

生命科学研究中的光镊技术

光镊的发明是光的力学效应走向实际应用的一个重要进展，它捕获和操控微小粒子的功能，使它成为深入研究微小宏观粒子的特有手段，特别是在生命科学领域。光镊诞生不久，光镊发明人Ａ．Ａｓｈｋｉｎ就曾预言“将细胞器从它的正常位置移去的能力为我们打开了精确研究细胞功能的大门”。近２０年的发展，已远
３
虽然处理光与微粒相互作用，严格地说，应该用光的电磁理论，特别是对尺寸小于光波长的粒子。这里为了阐明梯度力的概念，形象地揭示出光是如何产生对微粒的束缚力的，我们以透明介质小球为对象，采用几何光学近似来考察光穿过介质小球的行为和分析光作用于物体的力。对于几微米的小球来说，几何光学模型是合适的近似。
光是一种特殊的物质，它与人类生活的关系非常密切，伴随着人类文明的发展，人们对光的认识也越来越深入。光携带有能量和动量，光与物质相互作用时彼此交换能量和动量，产生各种效应。人们由日常的经验很容易认识到光携带有能量，光与物质相互作用使物体的温度升高，称之为光的热学效应，比如最重要的天然光源太阳，它的辐射带给地球热能；
ＯｐｔｉｃａｌＴｗｅｅｚｅｒｓｉｎＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ
ＬｉＹｉｎ－ｍｅｉＬｏｕＬｉ－ｒｅｎ
（ＵｎｉｖｅｒｉｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｈｉｎａ，Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｈｅｆｅｉ２３００２６，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＯｐｔｉｃａｌｔｗｅｅｚｅｒｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｈａｖｅｇａｉｎｅｄｇｒｅａｔｓｕｃｃｅｓｓｓｉｎｃｅｉｔｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄ１８ｙｅａｒｓａｇｏ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｌｌｂｒｉｅｆｌｙｄｉｓｃｕｓｓｉｔｓｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｌｉｇｈｔ，ｉｔｓｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｎｏｖｅｌｆｅａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｎｉｔｓｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｎｂｏｔｈｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｌｉｆｅｓｃｉｅｎｃｅｗｉｌｌｂｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｏｐｔｉｃａｌｔｗｅｅｚｅｒｓｗｉｌｌｈａｖｅｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｌｉｆｅｓｃｉｅｎｃｅ．

生命科学中的新型分析技术和仪器

生命科学中的新型分析技术和仪器随着科技的不断发展，生命科学领域也迎来了一系列新型分析技术和仪器，这些新技术和仪器不仅提高了实验效率，同时也使得科研成果更加准确和可靠。

本文将重点介绍几种当前生命科学领域中的新型分析技术和仪器，并对它们的原理和应用进行探讨。

一、质谱分析技术质谱分析技术是生命科学研究中最重要的分析技术之一，它可用于分析生物大分子如蛋白质、核酸、碳水化合物等的质量、构型和化学结构。

历史上，质谱仪运用广泛在质量分析领域，直到20世纪下半叶，有了电喷雾（ESI）和飞行时间（TOF）质谱技术的推广，质谱技术逐渐进入生命科学领域。

ESI技术通过将高压电场加速生物大分子到据二次电场附近处使样品溶液中的原子和分子被电离，生成带电粒子。

之后，这些带电粒子经过弱化的电场加速器进入到质谱仪中，在高速的载气气流的作用下，分子结构不同的带电粒子呈现出不同的质荷比例，用荧光屏幕采集产生的信号，即可得到质谱图。

这种方法可用于直接检测生物分子在低pg级别量级的存在，而且不需要分离样品中的生物分子，大大加快了分析速度。

TOF质谱技术则是通过将生物大分子按质荷比或质序排列出栈，每个粒子离开质谱仪堆积出碰撞池的时候就知道自己的精确时间，最终在算法处理的帮助下，形成质谱图和碎片谱。

这种方法实现了准确的分子质量测定，可以高通量化的进行样品检测。

二、单细胞测序技术单细胞测序技术可用于研究生物体内一个个单独的细胞的转录水平和基因表达的异质性。

相比传统的样本处理方法，单细胞测序技术可以更好地去除掉组成样品的杂质细胞，减少表观差异，既丰富了我们的样本，又精细了我们的数据。

该技术的关键在于解决单细胞其低模板数量问题。

发明者通过将样品进行单独细胞形态上的鉴定和分选，然后通过内部放大和杂交的DNA合成策略对目标细胞进行RNA分析。

这种科技可帮助我们了解某个个体细胞层级发生变化所带来的物质和功能上的变化。

同时，这也为个体化治疗奠定了基础，未来可以通过单细胞测序技术帮助以一个单元格为单位的治疗。

Leica CM3050S冰冻切片机的使用和维护

Leica CM3050S冰冻切片机的使用和维护席超;刘进【摘要】作为医学和生命科学领域中的重要技术,冰冻切片技术的应用越来越广泛.对组织切片质量需求的不断提高,先进冰冻切片机的不断普及,就要求使用者更好的了解冰冻切片的性能、维护,掌握组织切片的技巧.本文介绍了Leica CM3050S冰冻切片机的使用和维护方法,并对切片中可能出现的问题进行了分析讨论.【期刊名称】《生命科学仪器》【年(卷),期】2010(008)004【总页数】3页(P61-63)【关键词】冰冻切片机;使用;维护【作者】席超;刘进【作者单位】北京师范大学生命科学学院实验技术中心,北京,100875;北京师范大学生命科学学院实验技术中心,北京,100875【正文语种】中文组织切片技术是医学和生命科学领域中的重要技术，主要有石蜡切片、震动切片和冰冻切片等技术。

其中冰冻切片技术的应用越来越广泛，其优点就是快速、便捷，且能较完整的保存抗原活性，如细胞的某些抗原成分，特别细胞膜抗原，受体抗原，酶及肽类抗原在石蜡切片的处理过程中，不可避免的受到破坏或失去抗原活性，而且对于原位分子杂交等核酸探针杂交实验，冰冻切片技术也成为首选切片技术。

冰冻切片机的应用也相应的越来越广泛，本文以Leica CM3050S为例，探讨了如何更好的使用和维护冰冻切片机，为科研和临床更好的服务。

Leica CM3050S具有电动和手动切片功能，可实现3种自动切片模式，速度可调，厚度范围0.5-300μm；还具有自动修块功能，厚度范围：5-150μm；冷冻室温度范围0℃至-40℃，具有独立的样本制冷系统，样本头制冷温度-10℃至-50℃。

1 仪器操作1.1 仪器的操作系统主要由总开关、操纵面板1、操纵面板2、手轮和冷冻箱组成。

总开关控制仪器的供电，仪器开机运行后，无特殊原因不要关闭总开关，若由于断电或其他原因关闭总电源后，则必须要对冷冻箱及其附件进行除菌和干燥处理后才能重新启动仪器。

基因芯片技术在生命科学研究中的应用进展及前景分析

基因芯片技术在生命科学研究中的应用进展及前景分析熊伟【摘要】目的:探讨生命科学研究领域基因芯片技术研究现状及未来的应用前景.方法:收集有关基因芯片技术在生命科学研究中的国内外研究资料并加以综合归纳.结果:基因芯片技术是一种高新生物技术,因具有高通量、并行性、微型化与自动化等特点,在生命科学中日益显示出其重要的理论与实际应用价值.结论:基因芯片技术在生命科学领域的深入研究具有重要的理论意义和应用价值,前景广阔.【期刊名称】《生命科学仪器》【年(卷),期】2010(008)002【总页数】5页(P32-36)【关键词】基因芯片技术;DNA阵列;应用;前景【作者】熊伟【作者单位】大理学院基础医学院生物化学与分子生物学教研室,大理,云南,671000;云南大学生命科学院生物化学与分子生物学实验室,昆明,云南,651000【正文语种】中文基因芯片(Gene chip)也被称之为DNA阵列(DNA array), DNA集微芯片（DNA microchip）或寡核苷酸阵列(Aligonucleotide array)。

1991年Stephen Fodor 博士[1]首次提出基因芯片的概念，决定将硅技术与生物学技术融合在一起, 借助半导体技术进行芯片研制, 解读生命有机体在长期进化中累计下来的浩瀚基因信息。

美国Affymetrix 生物公司于1996年制造出世界上第一块商业化的基因芯片。

由此掀起了基因芯片研究热潮,出现了多种类型的基因芯片制作技术。

如电压打印法[2]，机械打点法[3]；电定位技术[4]等。

近年, 随着各种相关技术的进步, 基因芯片技术的应用范围不断扩大, 尤其在基因表达分析(gene expression)及基因诊断(gene diagnoses)方面有非常显著的成果。

尤其是2003年人类基因组计划(human genome project, HGP)测序工作的完成，基因芯片技术已成为“后基因组时代”基因功能分析研究的最重要技术之一。

超声神经调控技术与科学仪器

超声神经调控技术与科学仪器黎国锋;邱维宝;钱明;孟龙;赵慧霞;牛丽丽;蔡飞燕;严飞;郑海荣【摘要】认识大脑是新世纪的重大科学任务.理解脑功能疾病的发病机制和发明新的治疗技术已成为科学界的紧迫任务.神经调控技术是开展神经科学研究与神经系统疾病临床治疗的基本手段.本文对多种模态的神经调控方法进行综述,重点阐述超声脑神经调控技术的发展历程、技术原理、仪器研制和应用优势,并讨论超声脑刺激科学仪器的发展前景.【期刊名称】《生命科学仪器》【年(卷),期】2017(015)001【总页数】6页(P3-8)【关键词】神经调控;超声;超声脑刺激【作者】黎国锋;邱维宝;钱明;孟龙;赵慧霞;牛丽丽;蔡飞燕;严飞;郑海荣【作者单位】中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055;中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所,深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TB559郑海荣，中国科学院深圳先进技术研究院研究员、博士生导师，中国科学院深圳先进技术研究院副院长。

主要学术研究方向：多功能超声，医学成像仪器、神经调控技术。

在PNAS、APL、IEEE Trans.等期刊上发表SCI收录学术论文110余篇，授权专利40余项，研发的多项专利技术实现了产业化。

国家杰出青年科学基金获得者、国家973首席科学家、陈嘉庚青年科学奖获得者、国家科技创新领军人才、国家重大科研仪器研制项目负责人。

生物大型仪器操作原理及应用

生物大型仪器操作原理及应用1. 引言1.1 生物大型仪器的概念生物大型仪器是指在生物学研究领域中使用的体积较大、功能复杂的专业设备。

这些仪器通常具有高精度、高灵敏度和高分辨率的特点，可以用于分析、测量和观察各种生物学分子和细胞结构。

生物大型仪器包括但不限于光谱仪器、质谱仪器、显微镜、核磁共振仪器等，在生物学研究中扮演着至关重要的角色。

生物大型仪器的概念不仅仅是指其体积大小，更重要的是其在生物学研究中的作用和功能。

这些仪器可以帮助科研人员解开生命的奥秘，深入研究生物分子的结构、功能和相互作用，为生物学领域的发展提供重要支持。

通过生物大型仪器的使用，科学家们可以更加深入地认识生物体内部的机制，加快科学研究的进展，推动生物医学领域的发展。

1.2 生物大型仪器的重要性生物大型仪器在现代生物科学研究中发挥着不可替代的作用，它们通过高精度的测量和分析，帮助科学家们揭示生命的奥秘，推动生物科技的发展。

生物大型仪器可以帮助科研人员进行高通量的实验，快速获取大量数据，加快科学研究的速度和效率。

这些仪器可以进行精准的生物分析，帮助科学家们了解细胞、蛋白质和基因等生物分子的结构和功能，揭示疾病发生的机理。

生物大型仪器还可以应用于药物研发和临床诊断，帮助医学工作者制定治疗方案，提高药物疗效和减少药物副作用。

生物大型仪器的重要性不仅在于其为科学研究提供了强大的工具，更在于其对生命科学的推动和应用。

随着生物大型仪器的不断更新和发展，我们相信它们将在生物科学领域展现出更加广阔的应用前景和社会价值。

2. 正文2.1 生物大型仪器的操作原理生物大型仪器是一类在生物学研究中起到重要作用的设备，其操作原理主要包括以下几个方面：1. 光学原理：许多生物大型仪器采用光学技术进行观察和分析，例如显微镜、荧光显微镜等。

这些仪器利用光的特性来照射样品并通过透射、反射、折射等现象来获取样品的信息。

2. 谱学原理：一些生物大型仪器如质谱仪、红外光谱仪等利用谱学原理来研究生物分子的结构和性质。

基于EfficientNet和Grad-CAM++的冠状动脉造影体位识别方法的研究

技术与应用生命科学仪器 2023年第21卷/第6期82共同第一作者:李劼慧,(1983-),男,硕士研究生,研究方向为生物医学工程,E m a i l :l i j i e h u i @f u w a i .c o m ㊂吴悔:(2000-),女,硕士研究生,研究方向为生物医学工程,E m a i l :158********@163.c o m共同通讯作者:曾研;E m a i l :y a n .z e n g @u i i -a i .c o m ㊂吴水才;E m a i l :w u s h u i c a i @b ju t .e d u .c n ;电话:010-********基于E f f i c i e n t N e t 和G r a d -C AM++的冠状动脉造影体位识别方法的研究李劼慧1,2 吴悔1 曾研3 吴水才1(1.北京工业大学环境与生命学部,医学电子实验室,北京1001242.国家心血管病中心,国家心血管病重点实验室,中国医学科学院阜外医院心外科,北京1000373.上海联影智能医疗科技有限公司,上海201807)摘要目的:目前较少有研究采用人工智能的方法分析冠状动脉造影(C A G ),本文拟通过深度学习E f f i c i e n t N e t 和G r a d -C AM++可视化技术,实现冠状动脉造影体位的自动识别㊂方法:将86639张造影图片划分为训练集㊁验证集和测试集,均包括8个临床常用的造影体位㊂以准确率作为主要观察指标,评价E f f i c i e n t N e t -B 1在各个投照体位上的分类效果,并解释模型的学习过程㊂结果:E f f i c i e n t N e t -B 1在验证集和测试集上8个造影体位的平均准确率分别为:90.73%,89.40%,均高于传统的V G G-16和R e s N e t -18㊂且G r a d -C AM++显示,E f f i c i e n t N e t -B 1能学习到最为全面的冠状动脉㊂结论:E f f i c i e n t N e t -B 1可以有效分辨临床常用的造影体位,学习效果要好于其他网络模型㊂关键词 E f f i c i e n t N e t ;G r a d -C AM++;冠状动脉造影;体位识别T h e C l a s s i f i c a t i o n o f t h e P o s i t i o n s o f C o r o n a r y A n g i o g r a p h y b y Ef f i c i e n t N e t a n d G r a d -C A M ++L i J i e h u i 1,2,W u H u i 1,Z e n g Ya n 3,W u S h u i c a i 1(1.M e d i c a l E l e c t r o n i c L a b o r a t o r y ,F a c u l t y o f E n v i r o n m e n t a n d L i f e ,B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ;B e i j i n g ,100124.2.S t a t e K e y L a b o r a t o r y o fC a r d i o v a s c u l a rD i s e a s e ,F u w a i H o s pi t a l ,N a t i o n a l C e n t e r f o r C a r d i o v a s c u l a r D i s e a s e s ,C h i n e s e A c a d e m y o f M e d i c a l S c i e n c e s a n d P e k i n g U n i o n M e d i c a l C o l l e ge ,B e i j i n g ,100037.3.S h a n g h a i U n i t e d I m a g i n g I n t e l l i g e n c e H e a l t h c a r e C o .,L t d .;S h a n gh a i ,201807)ʌA b s t r a c t ɔO b je c t i v e :F e w s t u d i e s h a v e u s e d a r t if i c i a l i n t e l l ig e n c e t o a n a l y z e c o r o n a r y a n g i o g r a ph y (C A G ),a n d w e p r o p o s e t o a c hi e v e a u t o m a t i c r e c o g n i t i o n o f C A G b y E f f i c i e n t N e t a n d G r a d -C AM++.M e t h o d s :T h e 86,639i m a -g e s w e r e d i v i d e d i n t o t r a i n i n g s e t ,v a l i d a t i o n s e t a n d t e s t s e t ,i n c l u d i n g a l l 8c o mm o n l y u s e d b o d y po s i t i o n s . A c c u -r a c y i s u s e d a s t h e m a i n i n d e x t o e v a l u a t e t h e c l a s s i f i c a t i o n e f f e c t o f t h e E f f i c i e n t N e t -B 1o n e a c h p r o je c t i o n p o s i -t i o n a n d G r a d -C AM++i s u s e d t o e x p l a i n t h e l e a r n i n g p r o c e s s of t h e m o d e l .R e s u l t s :T h e a v e r ag e a c c u r a c y of E f -f i c i e n t N e t -B 1o n e igh ti m a g i n g p o s i t i o n s i n t h e v a l i d a t i o n s e t a n d t e s t s e t i s 90.73%a n d 89.40%,r e s p e c t i v e l y,w h i c h w o u l d b e h i gh e r t h a n V G G-16a n d R e s N e t -18.A n d G r a d -C AM++s h o w s t h a t E f f i c i e n t N e t -B 1c o u l d l e a r n t h e c o r o n a r y a r t e r i e s m o s t c o m p r e h e n s i v e l y .c o n c l u s i o n :E f f i c i e n t N e t -B 1c a n e f f e c t i v e l y c l a s s i f yt h e c o mm o n C A G p o s i t i o n s ,a n d t h e l e a r n i n g ef f e c t i s b e t t e r t h a n o t h e r n e t w o r k m o d e l s .ʌK e y wo r d s ɔE f f i c i e n t N e t ;G r a d -C AM++;C o r o n a r y A n g i o g r a p h y ;C l a s s i f i c a t i o n M o d e l 中图分类号:R 541.4 文献标识码:A D O I :10.11967/2023211218引言冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病,C o r o -n a r y A r t e r y Di s e a s e ,C A D )在世界卫生组织报告[1]中已被列为世界公认的最常见死因之一,是一类严重危害我国人民群众身体健康的心脏病㊂据‘2020中国卫生健康统计年鉴“披露[2],随着生活水平的逐渐提高,这一疾病的发病率在稳步上升㊂因此冠心病的诊断与治疗一直都是心脏病相关领域的治疗与科研重点㊂而冠状动脉造影(冠脉造影,C o r o n a r y A n g i o g r a p h y,C A G )作为冠心病诊断的基础性检查,目前则被认为是国内外冠状动脉相关疾病诊断的金标准㊂它是冠心病内外科实施冠状动脉检查及治疗的必备资料,同时也是多种影像检查方法的基础性技术㊂生命科学仪器 2023年第21卷/第6期技术与应用83但是,与冠状动脉增强C T 与核素心肌灌注显像等断层成像的检查相比,冠状动脉造影的现象效果存在一定的缺陷:①造影剂的剂量低,使得成像较模糊,与背景图像差别小,信噪比低;②成像角度不固定,同时影像持续变化;③二维投影各项导致不同冠状动脉的影像多处重叠无法分辨等[8]㊂这些不足使得它在人工智能的图像后处理方面的应用进展较少㊂不过仍有一些学者采用卷积神经网络(C o n v o l u t i o n a l N e u r a l N e t w o r k ,C N N )等人工智能技术开展了一定的数量的研究:E s c h e n C K 等人采用R (2+1)D ㊁X 3D 和MV I T 等模型架构对造影视频中的左/右冠状动脉做分类[9];K u m a r P R 等采用一种基于协同自适应神经模糊推理系统的分类器,对冠状动脉是否存在病变进行简单的二分类鉴别[10];而P a pa n d r i a n o s N I 等采用V G G-16㊁D e n s e N e t -121等模型对核素心肌灌注显像做分类,以将心肌梗死㊁心肌缺血与正常心肌等结果进行区分[11];Z h a o F J 等人则对冠状动脉的斑块性质㊁种类进行鉴别[12]㊂这些研究都取得了不错的成果,但目前仍没有研究关注冠脉造影投照体位的相关内容㊂同时,关于神经网络,自从1990年代的L e N e t 诞生以来,已经衍生㊁发展㊁创造了很多种类和架构(L e N e t -5[13]㊁A l e x N e t [14]㊁V G G N e t [15],G o o gl e N e t ,R e s N e t [17]等),各有特点与优劣㊂但总体上,在当前的技术背景下,E f f i c i e n t -N e t 网络簇是最先进㊁效果最优的模型之一㊂它通过体系化调节模型的深度(D e p t h ,D )㊁宽度(W i d t h ,W )及图像解析度(分辨率,R e v o l u t i o n ,R )等三个参数,在不显著增加运算量的情况下,极大地提升了神经网络的性能㊂相比于V G G 与R e s N e t ,该网络模型小,计算量小,性能高,而且在数据集扩展方面也具有很强的鲁棒性㊂复合缩放方法也能使其在冠脉造影体位图像上捕获血管细节,提高体位分类准确率,这正是冠脉造影体位识别与分类所需要的㊂另一方面,由于深度学习技术存在一个特点:e n d -t o -e n d现象;即输入图像数据后,结果直接输出分类标签或者回归值等结局,中间的运算处理过程并不可知,表现为黑盒现象㊂因此,如何使得深度学习的过程更具有可解释性,即神经网络可视化,逐渐成为一个重要的研究方向㊂近年来,以类激活映射图(C l a s s A c t i v a t i o n M a p-p i n g,C AM )[18]为代表,并在此基础上衍生出的梯度加权类激活映射图(G r a d i e n t -w e i gh t e d C AM ,G r a d -C AM )和G r a d -C AM++[20]技术使得对神经网络学习过程的解释越来越准确与科学㊂要对冠状动脉造影图像做深度学习的研究,首先需要对造影的不同投照角度进行分类,这是后续进行血管分割㊁病变识别等研究的基础工作㊂临床常用的投照角度综合起来大约是8个体位:正头位㊁正足位㊁左头位㊁左足位㊁右头位㊁右足位以显示左冠状动脉及附属分支;左侧位㊁正头位以显示右冠状动脉及附属分支(表格1)㊂表格1 常用的冠状动脉造影体位与其所显示的血管T a b l e 1P o s i t i o n s o f a n g i o g r a p h y a n d c o r o n a r i e s i n s h o w n r e s p e c t i v e l y冠状动脉体位角度*冠状动脉的主要显示部位左冠正头位A P +C R A 30ʎ前降支近中段㊁对角支开口正足位A P +C A U 20ʎ左主干/前降支/回旋支/钝缘支开口左头位L A O 45ʎ+C R A 20ʎ前降支中远段及分支㊁回旋支右头位R A O 30ʎ+C R A 20ʎ前降支中远段左足位L A O 45ʎ+C A U 20ʎ左主干/前降支/回旋支开口右足位R A O 30ʎ+C A U 20ʎ回旋支近端㊁钝缘支开口右冠左侧位L A O 45ʎ右冠状动脉开口㊁起始部及中段正头位A P +C R A 30ʎ右冠远端及后降支㊁左室后支*:1㊁A P :A n t e r i o r P o s t e r i o r ,前后位(正位);2㊁L A O :L e f t A n t e r i o r O b l i q u e ,左前斜位;3㊁R A O :R i gh t A n t e r i o r O b l i qu e ,右前斜位;4㊁C R A :C r a n i a l ,头位;5㊁C A U :C a u d a l ,足位;6㊁角度的具体数值在临床应用时可能会有一定偏差㊂如图1所示,这些不同体位下的冠状动脉造影,血管走行具有很高的相似性,临床医师在分辨这些体位时也常借助表格1的角度信息予以分辨㊂而由于冠状动脉的主干与分支的走行在不同造影体位下有着不同的影像路径,所以体位识别又是解读冠脉造影的基础步骤㊂因此,本研究将以冠状动脉造影图像为研究对象,拟采用E f f i c i e n t -N e t 网络模型,尝试对造技术与应用生命科学仪器 2023年第21卷/第6期84影常用的体位进行分类,比较与其中传统神经网络的优劣㊂并通过 G r a d -C AM++ 的神经网络可视化技术,分析几种网络模型学习的实际效果,解释各模型性能差异的原因,选择最优的神经网络㊂图1 造影体位示意图F i g u r e 1P o s i t i o n s o f c o r o n a r y a n g i o g r a p h y1 方法1.1 研究数据的获取与预处理本研究与中国医学科学院阜外医院合作,累计收录209例患者冠脉造影数据㊂为保护患者的个人信息与人类遗传学资料的隐私安全,所有患者的个人均未收录在我校实验室的数据库中,不同样本仅以试验编号予以区分㊂所有患者的造影资料均以D I C OM 格式存储,并通过读片软件将影像视频资料导出成J P G 格式的图片,累计8个造影体位共86639张图片㊂每张图片的分辨率为512像素ˑ512像素㊂训练集㊁验证集㊁测试集按照患者数的6:1:3进行划分㊂由于每位患者每个体位的造影时长不同,且并不是每位患者均完成了8个体位的造影;所以三个集的图像数量并不完全符合这一比例,分别为:56552张㊁9341张和20476张㊂具体到各个体位图片数量在三个集合中的分布,可见表格2:表格2 各集合在不同体位的造影图片数量T a b l e 2I m a g e s o f 3s e t s i n d i f f e r e n t a n g i o g r a p h y po s i t i o n s 集合体位左足位左头位右足位右头位正足位正头位右冠正头位右冠左侧位训练集686056596192890366086252561210466验证集121910667291892141913286061082测试集279416312297292224602633266730721.2 实验环境㊁流程及主要评价指标本试验在W i n d o w s 11专业版的操作系统中完成,首先采用 M i c r o D i c o m软件将患者造影资料按需要的体位导出成无任何个人信息的J P G 图片,再通过P yC -h a r m 编译器利用P yt h o n 3.10进行编程,完成神经网络的建设㊂硬件环境主要如下:中央处理器:I n t e l X e o n G o l d 6226R @2.9G H z ;内存:S a m -s u n g DD R 42933MH z 128G B ;显卡:N V I D I A R T XT MA 500024G 等㊂如图2所示,本研究拟首先将造影图像输入模型后完成预处理工作,再通过分类网络模型按编码-解码的过程提取图像特征,进一步完成全部影像资料的8个体位的分类工作㊂再通过可视化技术解释网络模型在学习影像资料的实际效果㊂图2 网络模型学习分析造影图像数据的流程图F i gu r e 2T h e s c h e m a t i c o f t h e n e t w o r k l e a r n i n g c o r o n a r y a n g i o g r a ph i e s 本研究拟采用准确率(A c c u r a c y,A C C )作为各神经网络模型性能的主要评价指标㊂准确率指的是网络模型的预测值为真实情况的样本占总体样本的比率㊂它是一个全局指标,结果针对整个网络模型㊂计算公式如下:A c c u r a c y=T P +T NT P +T N+F P +F N#(1-1)其中,T P 代表真阳性(即真实值是阳性,模型认为是阳性的数量);T N 代表真阴性(即真实值是阴性,模型认为是阴性的数量);F N 代表假阴性(即真实值是阳性,模型认为是阴性的数量);F P 代表假阳性(即真实值是阴性,模型认为是阳性的数量)㊂1.3 深度学习网络的模型及原理本研究采用E f f i c i e n t N e t 开展深度学习㊂这一模型以神经架构搜索技术建立的B 0为基础主干网络,通过对宽度㊁深度㊁图像解析度三个参数一体化调整,渐进生成E f f i c i e n t N e t -(B 1-B 7)网络簇㊂生命科学仪器 2023年第21卷/第6期技术与应用85表格3 E f f i c i e n t N e t -B 0网络架构T a b l e 3 T h e a r c h i t e c t u r e o f E f f i c i e n t N e t -B 0S t a ge iO p e r a t o r F i︿R e s o l u t i o n Ηi ︿ˑW i︿#C h a n n e l s C i︿#L a y e r s L i ︿1C o n v 3ˑ3224ˑ2243212M B C o n v 1,k 3ˑ3112ˑ1121613M B C o n v 6,k 3ˑ3112ˑ1122424M B C o n v 6,k 5ˑ556ˑ564025M B C o n v 6,k 3ˑ328ˑ288036M B C o n v 6,k 3ˑ314ˑ1411237M B C o n v 6,k 3ˑ314ˑ1419248M B C o n v 6,k 3ˑ37ˑ732019C o n v 1ˑ1&P o o l i n g&F C 7ˑ712801如表格3所示[21],E f f i c i e n t N e t -B 0共有18层,从第1步的普通卷积层,连接第2-8步的反复堆叠的M B C o n v 层(移动翻转瓶颈卷积层,M o -b i l e I n v e r t e d B o t t l e n e c k C o n v o l u t i o n L a ye r ),到最后的1层由卷积层+池化层+全连接层构成的组合层㊂而Ef f i c i e n t N e t -B 1在此基础上增加了一定的子模块及通道数量,使得模型的总层数得以增加,处理能力加强㊂其基本结构如图3所示:图3 E f f i c i e n t N e t -B 1网络架构F i gu r e 3 t h e A r c h i t e c t u r e o f E f f i c i e n t N e t -B 1不过,虽然E f f i c i e n t N e t 从B 0到B 7的通道和模块数量逐步增加,他们在不同的应用场景下所表现的性能却不一定是逐步递增的㊂因此,在本研究中,我们拟采用E f f i c i e n t N e t -B 1作为深度学习的网络模型㊂1.4 用于解释模型的神经网络可视化技术神经网络可视化的技术之一的类激活映射图(C AM )使得深度学习的过程更具有可解释性[18]㊂S e l v a r a ju 等人则针对前者的缺陷,提出了G r a d -C AM 技术㊂它避免了将神经网络中的全连接层替换为全局平均池化层,提高了这一技术的普适性和简便性㊂G r a d -C AM++在此基础上进一步地优化了G r a d -C AM 的运算结果,定位更加准确,也更适用于多个目标类别物体的情形[20]㊂冠心病造影图像中的冠状动脉分支众多,走行崎岖,与背景影像的差异小㊂更适合应用 G r a d-C AM++技术来解释神经网络模型在学习过程中所关注的区域是否正确和科学㊂2 结果2.1 神经网络的学习效果通过与V G G-16和R e s N e t -18相比,E f f i c i e n t N e t -B 1在各个投照体位上的识别准确率均要更高㊂其中,验证集的准确率如表格4所示㊂总体的平均正确率:E f f i -c i e n t N e t -B 1为90.73%,要高于V G G-16的86.70%和R e s N e t -18的88.13%㊂而在最终测试集的学习结果可以看出,这一趋势依然得以呈现,即:E f f i c i e n t N e t -B 1在各个投照体位上的识别准确率均要更高㊂其中,测试集的准确率如表格5所示㊂总体的平均准确率:E f f i c i e n t N e t -B 1为89.40%,要高于V G G-16的86.28%和R e s N e t -18的87.69%㊂表格4 各模型在验证集中的总体准确率T a b l e 4 T h e a c c u r a c i e s o f v e r i f i e d s e t s i n d i f f e r e n t m o d e l s神经网络模型体位左足位左头位右足位右头位正足位正头位右冠正头位右冠左侧位V G G-1610065.8690.5897.2683.0165.3692.0599.45R e s N e t -1889.9766.0493.9195.1592.5678.3192.0597.04E f f i c i e n t N e t -B 197.8669.0397.2397.5796.3578.4691.7297.60表格5 各模型在测试集中的总体准确率T a b l e 5T h e a c c u r a c i e s o f t e s t s e t s i n d i f f e r e n t m o d e l s神经网络模型体位左足位左头位右足位右头位正足位正头位右冠正头位右冠左侧位V G G-1682.2276.6484.0595.1986.4477.6791.1696.87R e s N e t -1887.8984.7085.2392.4688.0779.2086.6797.33E f f i c i e n t N e t -B 188.2291.1886.2493.1885.9682.8490.0497.54技术与应用生命科学仪器 2023年第21卷/第6期86我们对测试集中三种模型的准确率进行了统计学检验,由于是多类别(n =8),我们采用卡方检验方法(交叉分析,两两比较)㊂结果显示我们提出的E f f i c i n e t N e t -B 1方法与V G G-16㊁R e s N e t-18之间存在显著差异(P<0.05),具有统计学意义㊂2.2 可视化技术解释神经网络的学习结果本研究进一步通过G r a d -C AM++分析技术解释了网络模型是如何识别不同体位的造影的㊂如图4㊁图5所示,热力图中的高亮区域(对图像分类起到主要作用的区域)显示我们的模型关注到了包括造影导管以及冠状动脉主干在内的主要特征㊂图4冠脉造影体位热点图(一)F i g u r e 4E x p l a n a t i o n m a p s f o r a n g i o g r a p h yp o s i t i o n s g e n e r a t e d b y Gr a d -C AM++(1)对于解剖结构大体正常的心脏而言,其表面的冠状动脉也走行在常规的位置;虽然不同患者的心脏具体形态会有差别,但在造影的影像学表现上,左前降支㊁左回旋支及右冠仍然分布在大体的位置及区域㊂不同的患者,在同一体位存在具体角度的差别,但大量的图像数据学习,使得模型可以分辨出体位的差别㊂这与临床医师分辨体位时关注的要点是基本一致的㊂图5冠脉造影体位热点图(二)F i g u r e 5E x p l a n a t i o n m a p s f o r a n g i o g r a p h yp o s i t i o n s g e n e r a t e d b y Gr a d -C AM++(2)同时,与其他网络模型相比,E f f i c i e n t N e t -B 1在学习造影图像上也存在较为明显的优势㊂如图6所示,两例造影图像示例中,分别采用V G G-16 ㊁ R e s N e t -18 ㊁ D e n s e N e t -121与 E f f i c i e n t N e t -B 1等网络模型处理图像,并通过 G r a d -C AM++分析学习效果㊂可见,在病例1中(图6A ),E f f i c i e n t N e t -B 1的观察到的冠状动脉最为全面,其他模型能够发现血管,但范围较小,而V G G-16对脊柱的注意力甚至超过了血管㊂在病例2中,由于此位患者曾有过心脏手术,胸骨采用钢丝捆扎固定,造影图像上可见多个纵向排列的钢丝套圈影,故可能对模型学习产生一定的影响㊂在这例病例中(图6B ),E f f i c i e n t N e t -B 1仍然显示了模型的稳健性,基本没有受到混杂因素的影响,准确地观测到了左前降支与左回旋支的位置㊂而其他网络模型,均未能有效习得造影图像中的血管,却把注意力放在了钢丝套圈上,导致模型学习失败㊂图6多种神经网络模型学习的可视化效果图F i g u r e 6E x p l a n a t i o n m a ps f o r d i f f e r e n t m o d e l s g e n e r a t e d b y Gr a d -C AM++3 讨论冠状动脉造影在临床上最大的价值就是明确血管是否存在病变以及病变的部位和种类㊂这就需要大量的标记数据来训练神经网络,以能够较好地识别㊁分析新患者的资料[24]㊂比如在血管的分割的应用方面,就有研究通过12323张图片的大数据量实现了准确率0.98,灵敏度0.85的好成绩㊂在心脏舒张期的识别上,56655张图片训练出的模型性能甚至可以使F 1评分得到0.995的结果㊂而当数据量不够高的时候,就需要采用诸如时间序列㊁迁移学习㊁数据增强等方法来改进模型㊂采用这些策略的研究在最终的F 1评分上取得了0.96㊁0.95的高分,或使F 1评分得到了30%-40%的提升㊂深度学习技术还被用在更静息的冠状动脉的功能测定上,并发展出了Q F R ㊁A u t o -c a t h F F R 等程序㊁软件和应用㊂虽然离临床实用还存在一定的差距,但已有的结果显示他们在试验环境下的应用效果是可佳的㊂不过,目前还未见到E f f i c i e n t N e t 网络在冠脉生命科学仪器 2023年第21卷/第6期技术与应用87造影智能分析方面的应用㊂我们可以检索到的是其在视网膜病变的成果㊂眼底视网膜血管分布广泛,和冠状动脉在造影中的表现有一定的相似性㊂国内南京医科大学和上海长征医院等多家医学院校,将包括正常人群和5种常见视网膜病变的2400张眼底影像(6种情况各400张影像)混合后分组,通过数据集的训练比较E f f i c i e n t N e t -B 4和R e s N e t 50-5㊁R e s N e t 50-6的学习效果[22]㊂结果显示,E f f i c i e n t N e t-B 4的整体准确率可达到0.9559,好于后两者的0.9059和0.8464㊂研究人员还通过G r a d -C AM 技术,显示E f f i c i e n t N e t -B 4能够正确地关注到5种视网膜病变的相应部位㊂而对于正常的视网膜,其热力分布基本位于眼底的血管走行路径上㊂本研究首次采用E f f i c i e n t N e t -B 1网络作为工具,分析了临床上实际患者的造影资料,并与其他经典网络模型做比较㊂通过8个常用造影体位的结果分析,进一步证实了这一网络簇在医学影像识别领域的巨大优势,也为我们后续进一步深入研究冠脉造影的影像资料明确了技术工具㊂另一方面,冠心病的诊断和治疗决策对患者的临床结果有巨大的影响㊂因此,有必要在人工智能的应用中明确解释算法的决策效果,以便最终使得不准确不合理的分析可以得到追溯㊂然而,由于深度学习存在的黑箱性质,算法的决策过程往往难以理解㊂所以,基于人工智能可解释的看可视化技术可能会增强临床医师的信任,并促进人工智能应用的发展[32]㊂从本研究的结果中可以看出,G r a d -C AM++较好地反映了E f f i c i e n t N e t -B 1结构在学习冠状动脉体位方面的实际效果,也体现出其他网络模型效果欠佳的原因㊂对我们正确选择合适模型提供了参考依据㊂当然,仔细阅读可视化结果也会发现,冠状动脉的主干并没有完全处于热力图的高亮区域中㊂这在一定程度上减少了可视化技术关注的全面性㊂同时,对于少部分样本,仍然有热力图的高亮区并没有完全位于冠状动脉或造影导管上,这对提升网络模型的准确率产生了不利的影响㊂尽管仍然存在这些不足,但不可否认的是,在神经网络中引入模型可视化技术,可以极有效地评价网络性能,增强决策定位依据的精准度,完善决策过程的合理度㊂本节的研究结果也显示,尤其在左冠状动脉造影的分析上,E f f i c i e n t -N e t 模型出色的分类结果,可以通过最新的可视化技术予以良好解答㊂4 结论本研究采用了E f f i c i e n t N e t -B 1作为卷积神经网络学习造影图像的模型,对临床常用的8种体位的分类效果平均准确率达到90.73%,各体位的准确率最高可达97.86%,均优于传统的V G G -16和R e s N e t -18㊂并通过神经网络可视化技术 G r a d -C AM++ 对模型进行解释,进一步说明了E f f i c i e n t N e t -B 1优于其他两种网络的原因,即能够更高效地避开干扰,更准确地识别冠状动脉影像㊂为后续的冠脉造影图像后处理工作提供了有效可行的模型架构和技术手段㊂参考文献[1]O R G A N I Z A T I O N W H.W o r l d h e a l t h s t a t i s t i c s 2022:m o n i -t o r i n g h e a l t h f o r t h e S D G s ,s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t g o a l s [J ].2022.[2]H T T P ://WWW.N H C .G O V.C N /MO HW S B W S T J X X Z X/T J T J N J /202112/D C D 39654D 66C 4E 6A B F 4D 7B 1389B E C D 01.S H TM L .[3]K N U U T I J F A U -W I J N S W ,W I J N S W F A U -S A R A S T E A ,S A R A S T E A F A U -C A P O D A N N O D ,e ta l .2019E S C G u i d e l i n e s f o r t h e d i a g n o s i s a n d m a n a ge m e n t of c h r o n i c c o r o n a r y s yn d r o m e s [J ].(1522-9645(E l e c t r o n i c )).[4]C O L L E T J P ,T H I E L E H ,B A R B A T O E ,e t a l .2020E S CG u i d e l i n e s f o r t h e m a n a g e m e n t o f a c u t e c o r o n a r y s yn d r o m e s i n p a t i e n t s p r e s e n t i n g w i t h o u t p e r s i s t e n t S T-s e g m e n t e l e v a -t i o n [J ].E u r o pe a n H e a r t J o u r n a l ,2021,42(14):1289-367.[5]L AWT O N J S ,T AM I S -HO L L A N D J E ,B A N G A L O R E S ,e t a l .2021A C C /A H A /S C A I G u i d e l i n ef o r C o r o n a r y A r t e r yR e v a s c u l a r i z a t i o n :E x e c u t i v e S u mm a r y :A R e p o r t o f t h e A -m e r i c a n C o l l e g e o f C a r d i o l o g y/A m e r i c a n H e a r t A s s o c i a t i o n J o i n t C o mm i t t e e o n C l i n i c a l P r a c t i c e G u i d e l i n e s [J ].C i r c u l a -t i o n ,2022,145(3):E 4-E 17.[6]N E UMA N N F J F A U -S O U S A-U V A M ,S O U S A-U V AM F A U -A H L S S O N A ,A H L S S O N A F A U -A L F O N S OF ,e t a l .2018E S C /E A C T SG u i d e l i n e s o n m yo c a r d i a l r e v a s -c u l a r i z a t i o n [J ].(1522-9645(E l e c t r o n i c )).[7]张昊,李萍.低剂量扫描技术在冠状动脉C T 血管造影中的应用[J ].临床合理用药杂志,2019,12(05):4-6.[8]C E R V A N T E S-S A N C H E Z F ,C R U Z-A C E V E S I ,H E R -N A N D E Z -A G U I R R E A ,e t a l .A u t o m a t i c S e gm e n t a t i o n o f C o r o n a r y A r t e r i e s i n X-r a y A n g i o g r a m s u s i n g Mu l t i s c a l e A -n a l y s i s a n d A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s [J ].A p pl i e d S c i e n c e s ,2019,9(24):5507.技术与应用生命科学仪器 2023年第21卷/第6期88[9]E S C H E N C K ,B A N A S I K K ,C H R I S T E N S E N A H ,e t a l .C l a s s i f i c a t i o n o f L e f t a n d R i g h t C o r o n a r y A r t e r i e s i n C o r o n a r yA n g i o g r a p h i e s U s i n g D e e p L e a r n i n g [J ].E l e c t r o n i c s ,2022,11(13):2087.[10]R A J E S H K UMA R P ,MU R U G E S A N K.C o m pu t e r A i d e d S e g m e n t a t i o n o f B l o c k a g e s i n C o r o n a r y H e a r t I m a g e s U s i n gC a n f i s C l a s s i f i e r [J ].W i r e l e s s P e r s o n a l C o mm u n i c a t i o n s,2018,103(2):1341-52.[11]P A P A N D R I A N O S N I ,F E L E K I A ,P A P A G E O R G I O U EI ,e t a l .D e e p L e a r n i n g -B a s e d A u t o m a t e d D i a g n o s i s f o r C o r o n a r y A r t e r y D i s e a s e U s i n g S P E C T-M P I I m a ge s [J ].J o u r n a l of C l i n i c a l M e d i c i n e ,2022,11(13):3918.[12]Z H A O F ,WU B ,C H E N F ,e t a l .A n a u t o m a t i c m u l t i -c l a s s c o r o n a r y a t h e r o s c l e r o s i s p l a q u e d e t e c t i o n a n d c l a s s i f i c a -t i o n f r a m e w o r k [J ].M e d i c a l &B i o l o g i c a l E n g i n e e r i n g &C o m p u t i n g,2019,57(1):245-57.[13]L E C U N Y ,B O T T O U L ,B E N G I O Y ,e t a l .G r a d i e n t -b a s e d l e a r n i n g a p p l i e d t o d o c u m e n t r e c o g n i t i o n [J ].P R O -C E E D I N G S O F T H E I E E E ,1998,86(11):2278-324.[14]K R I Z H E V S K Y A ,S U T S K E V E R I ,H I N T O N G E .I m a -g e N e t C l a s s i f i c a t i o n w i t h D e e p C o n v o l u t i o n a l N e u r a l N e t -w o r k s [J ].C o mm u n A C M ,2017,60(6):84-90.[15]S I MO N Y A N K ,Z I S S E R MA N A.V e r y D e e p Co n v o l u t i o n a l N e t w o r k s f o r L a r g e -S c a l e I m a g e R e c o gn i t i o n [J ].C o R R ,2014,a b s /1409.1556.[16]S Z E G E D Y C ,L I U W ,J I A Y Q ,e t a l .G o i n g D e e pe r w i t h C o n v o l u t i o n s ;p r o c e e d i n g s of t h e I E E E C o n f e r e n c e o n C o m -p u t e r V i s i o n a n d P a t t e r n R e c og n i t i o n (C V P R ),B o s t o n ,MA ,F J u n 07-12,2015[C ].I e e e :N E W Y O R K ,2015.[17]H E K M ,Z H A N G X Y ,R E N S Q ,e t a l .D e e p Re s i d u a l L e a r n i n gf o r I m ag e R e c o g n i t i o n ;p r o c e e d i n gs o f t h e 2016I E E E C o n f e r e n c e o n C o m p u t e r V i s i o n a n d P a t t e r n R e c o gn i -t i o n (C V P R ),S e a t t l e ,WA ,F J u n 27-30,2016[C ].I e e e :N E W Y O R K ,2016.[18]Z HO U B ,K HO S L A A ,L A P E D R I Z A A ,e t a l .L e a r n i n gD e e p F e a t u r e s f o r D i s c r i m i n a t i v e L o c a l i z a t i o n ;p r o c e e d i n gs o f t h e 2016I E E E C o n f e r e n c e o n C o m pu t e r V i s i o n a n d P a t -t e r n R e c o gn i t i o n (C V P R ),S e a t t l e ,WA ,F J u n 27-30,2016[C ].I e e e :N E W Y O R K ,2016.[19]S E L V A R A J U R R ,C O G S W E L L M ,D A S A ,e t a l .G r a d -C AM :V i s u a l E x p l a n a t i o n s f r o m D e e p Ne t w o r k s v i a G r a d i e n t -B a s e d L o c a l i z a t i o n [J ].I n t J C o m pu t V i s ,2020,128(2):336-59.[20]C H A T T O P A D H A Y A ,S A R K A R A ,HOW L A D E R P ,e ta l .G r a d -C AM p l u s p l u s :G e n e r a l i z e d G r a d i e n t -b a s e d V i s -u a l E x p l a n a t i o n s f o r D e e p C o n v o l u t i o n a l N e t w o r k s ;pr o c e e d -i n g s o f t h e 18t h I E E E W i n t e r C o n f e r e n c e o n A p pl i c a t i o n s o f C o m pu t e r V i s i o n (WA C V ),N v ,F M a r 12-15,2018[C ].I e e e :N E W Y O R K ,2018.[21]T A N M X ,L E Q V.E f f i c i e n t N e t :R e t h i n k i n g M o d e l S c a l i n gf o r C o n v o l u t i o n a l N e u r a l N e t w o r k s [Z ].I N T E R N A T I O N -A LC O N F E R E N C EO NMA C H I N EL E A R N I N G ,V O L 97.2019[22]Z HU S J ,L U B ,WA N G C H ,e t a l .S c r e e n i n g of C o mm o n R e t i n a l D i s e a s e s U s i ng S i x -C a t e g o r y Mo d e l s B a s e d o n E f f i -c i e n t N e t [J ].F R O N T I E R S I N M E D I C I N E ,2022,9.[23]B A I H X ,WA N G R B ,X I O N G Z ,e t a l .A r t i f i c i a l I n t e l l i -g e n c e A u g m e n t a t i o n o f R a d i o l o gi s t P e r f o r m a n c e i n D i s t i n -g u i s h i n g C O V I D-19f r o m P n e u m o n i a o f O t h e r O r i g i n a t C h e s t C T [J ].R A D I O L O G Y ,2020,296(3):E 156-E 65.[24]C H I L AMK U R T H Y S ,G HO S H R ,T A N AMA L A S ,e t a l .D e e p l e a r n i n g a l g o r i t h m s f o r d e t e c t i o n o f c r i t i c a l f i n d i n gs i n h e a d C T s c a n s :a r e t r o s p e c t i v e s t u d y [J ].L A N C E T ,2018,392(10162):2388-96.[25]D U T M ,X I E L H ,Z H A N G H G ,e t a l .T r a i n i n g an d v a l i -d a t i o n o f a d e e p l e a r n i n g ar c h i t e c t u r e f o r t h e a u t o m a t i c a n a l -y s i s o f c o r o n a r y a n g i o g r a p h y [J ].E U R O I N T E R V E N T I O N ,2021,17(1):32-+.[26]C I U S D E L C ,T U R C E A A ,P U I U A ,e t a l .D e e p ne u r a l n e t w o r k sf o r E C G-f r e e c a r d i a c p h a s e a n d e n d-d i a s t o l i cf r a m e d e t e c t i o n o n c o r o n a r y a ng i o g r a ph i e s [J ].C OM P U T -E R I Z E DM E D I C A L I MA G I N GA N DG R A P H I C S ,2020,84.[27]WU W ,Z H A N G J Y ,X I E H Z ,e t a l .A u t o m a t i c d e t e c t i o no f c o r o n a r y a r t e r y s t e n o s i s b y co n v o l u t i o n a l n e u r a l n e t w o r k w i t h t e m po r a l c o n s t r a i n t [J ].C OM P U T E R S I N B I O L O G Y A N D M E D I C I N E ,2020,118.[28]MO O N J H ,L E E D Y ,C H A W C ,e t a l .A u t o m a t i c s t e n o -s i s r e c o g n i t i o n f r o m c o r o n a r y a n g i o g r a p h y u s i n g co n v o l u t i o n -a l n e u r a l n e t w o r k s [J ].C OM P U T E R M E T HO D S A N DP R O G R AM S I N B I OM E D I C I N E ,2021,198.[29]O V A L L E -MA G A L L A N E S E ,A V I N A-C E R V A N T E S JG ,C R U Z -A C E V E S I ,e t a l .T r a n s f e r L e a r n i n g fo r S t e n o -s i s D e t e c t i o n i n X-r a y C o r o n a r y A n g i o g r a p h y [J ].MA T H -E MA T I C S ,2020,8(9).[30]R O G U I N A ,A B U D O G O S H A ,F E L D Y ,e t a l .E a r l yF e a s i b i l i t y o f A u t o m a t e d A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e A n g i o g r a p h yB a s e d F r a c t i o n a l F l o w R e s e r v e E s t i m a t i o n [J ].AM E R IC A NJ O U R N A L O F C A R D I O L O G Y ,2021,139:8-14.[31]E MO R I H ,K U B O T ,K AM E Y AMA T ,e t a l .Q u a n t i t a t i v ef l o w r a t i o a n d i n s t a n t a n e o u s w a v e -f r e e r a t i o f o r t h e a s s e s s -m e n t o f t h e f u n c t i o n a l s e v e r i t y o f i n t e r m e d i a t e c o r o n a r y ar -t e r y st e n o s i s [J ].C O R O N A R Y A R T E R Y D I S E A S E ,2018,29(8):611-7.[32]R A S G ,X I E N ,V A N G E R V E N M ,e t a l .E x pl a i n a b l e D e e p L e a r n i n g:A F i e l d G u i d e f o r t h e U n i n i t i a t e d [J ].J O U R N A L O F A R T I F I C I A L I N T E L L I G E N C E R E -S E A R C H ,2022,73:329-96.。

生命科学实验室应用的仪器分析技术研究

生命科学实验室应用的仪器分析技术研究生命科学的研究需要用到现代仪器，而仪器分析技术在这一领域中具有至关重要的作用。

它不仅可以对生物样品进行快速有效的分析，还能为科研者提供更准确可靠的结果。

本文将探讨生命科学实验室应用的仪器分析技术，并介绍一些重要的仪器和技术。

1. 光谱学光谱学是一种监测和识别化学物质的方法，其原理是测量物质与电磁辐射（如光）相互作用的性质。

生命科学中，光谱学广泛应用于生物分子的分析，如DNA、蛋白质和酶等。

现在，光谱学已成为许多生命科学领域必不可少的技术，如药物发现、毒理学研究以及生物传感器的开发。

其中，UV-Vis吸收光谱和荧光光谱是最常用的技术。

UV-Vis吸收光谱可以用于测量化合物的浓度，而荧光光谱可以用于测量化合物在不同条件下的性质。

此外，红外光谱（IR）和拉曼光谱（Raman）也常用于分析生物分子。

2. 质谱学质谱学是一种分析化学方法，可以用来确定化合物的质量、结构和化学性质。

它适用于几乎所有的生物分子，如蛋白质、核酸和代谢产物。

在生命科学中，质谱学已成为探索生命过程的突破点。

目前，常用的质谱技术包括：质谱联用技术（LC-MS和GC-MS）、时间飞行质谱（TOF-MS）、离子阱质谱（IT-MS）和四极杆质谱（Q-MS）等。

通过这些技术，可以检测生物体内的化合物、鉴定未知物质和探究代谢通路。

3. 原子力显微镜原子力显微镜（AFM）是一种高分辨率成像技术，可以在原子级别上测量样品表面的几何形状、电学性质、表面力和化学反应。

在生命科学中，AFM广泛应用于研究生物分子的形态、结构和相互作用等方面。

AFM有多种模式，如接触型AFM（CAFM）、非接触型AFM（NC-AFM）和原子力显微光谱学（AFM-IR），每种模式都有其优点和限制。

通过这些技术，可以更好地理解生物分子之间的相互作用，从而提高药物的设计和开发。

4. 显微成像技术显微成像技术是生命科学中最重要的技术之一，它可以提供捕捉并记录生物体结构和组织的图像和视频。

生物化学仪器分析与检测技术课程教学大纲

《生物化学仪器分析与检测技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：02601课程名称：生物化学仪器分析与检测技术英文名称：Equipment Analysis and Technology of Biochemistry课程类别：专业基础课学时：63学时，其中理论讲授24学时，实验39学时，开课学期第四学期。

学分：3适用对象: 生物技术类专业考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）先修课程：生物化学，分子生物学二、课程简介本课程旨在系统学习生化相关技术与技能，本课程教学内容涵盖了农业院校生物技术专业最广泛应用的分析与检测技术手段：分光光度法，离心技术，层析技术，气液相色谱分析，电泳技术和PCR技术。

该课程的讲授部分主要以讲解各种分析与检测技术的基本原理及仪器的主要结构部件及其工作原理为主要内容；该课程的实验部分则主要使学生掌握各种技术的实际操作步骤及各步的注意事项。

The course emphasizes at systematic biochemistry techniques. The content broadly covers the most of the agriculture biotechnology: spectrophotometer, centrifugal, chromatography, HPLC (High Performance Liquid Chromatography), electrophoresis and PCR (Polymerase chain reaction). The theoretical part of the course includes basic theories of different techniques and the main components of related instruments; The practical part of the course will pay attention to the approach and the key operational steps of different experiment.三、课程性质与教学目的生物化学仪器分析与检测技术是4年制生物技术专业的专业基础课。

2006’生命科学仪器与应用学术报告会暨展览会10月在天津举办

４
小与发达国家间的技术差距、为我国相关科研技
术人员提供一个与外国专家直接交流的平台。由
中华人民共和国科学技术部批准、中国分析测试协会与国药励展展览有限责任公司共同主办的２０ ’ ０６生命科学仪器与应用学术报告会暨展览会
将于２００６年１Ｏ月在天津国际展览中心隆重举
过，问过读者需要听什么内容报告，甚至可以自己提出报告题目。有关这次交流会的准备。作情况Ｉ＝目前正在筹备之中，进一步详情我们会发通知给
你们，同时也希望你们能参加本会。
圾、污水处理厂的淤泥、果汁加工厂的果皮、酒
精生产厂的废液等都得到有效的利用，变成农业生产上的有机复合肥。目前该项目已经进入建厂
肥厂，变废为宝。解了困扰该区的城市生活垃破
８化学试剂市场信息平台建设与市场分．析 …… … … …… … … … …… … …… …… 国药集
团化学试剂有限公司总经理张明９，产学研相结合，发展化学试
剂 … …… … …… 广州化学试剂厂厂长须英俊为这些专题报告事宜我们也发通知调查
行。
２００６年生命科学仪器与应用技术学术报告会暨展示会新闻发布会已在京召开。《健康报》、
我国化学试剂 “ 一五 ” 发展探十
讨…………………科技部条财司张渝英处长
维普资讯
《科技日报》《、化学试剂》《、药物分析杂志》等
韩国科学院地质研究所用当地很普遍的矿石，生产天然颜料，以生产出各种颜色。可用于外

《现代医学实验仪器与实验技术》流式细胞仪的原理及应用

免疫荧光分析
细胞表面的抗原(或细胞膜受体)与相关的荧光抗体结合，形成带有荧光的抗原抗体复合物。通过流式细胞仪测定其荧光量，即可得到细胞群的不同抗原位点表达情况。
免疫荧光分析的意义：
流式细胞术与单克隆抗体结合，可对细胞表面和细胞内抗原、癌基因蛋白及膜受体进行定量检测，成为临床检验的一项重要指标。流式免疫荧光技术不仅能将表达不同抗原位点的细胞群区分开来，而且还能进一步区分各细胞亚群。对于造血系统疾病、免疫功能障碍及恶性肿瘤的诊断、治疗及预后评估都起了重要作用。
检测信号光学信号放大方式 PMT，放大电路
统计结果
计算机，>5000 多参数，综合分析
自然光、灯光、氙(汞)灯
细胞、生物粒子载(盖)玻片形态及染色
目镜X物镜
人工，200 简单，单参数
流式细胞仪组成
Cytometer Workstation Power Supply
流式细胞仪主机流式细胞仪工作站电源箱
FCM在生命科学中的应用,标志着细胞生物学、肿瘤学、免疫学等进入了细胞和分子水平的研究。为从微观认识细胞及横向比较特征提供了精密、准确的方法和仪器.
流式细胞仪的发展史
1930 年 Caspersson 和Thorell 开始致力于细胞的计数 1934 年 Moldaven 是世界上最早设想使细胞检测自动化的人他试图用光电仪记录流过一根毛细管的细胞
荧光补偿
未补偿、补偿过度与合适补偿
变异系数CV（Coefficient of Variation）
CV是衡量仪器测量精度的指标。 CV=d/m*100%（d是分布的标准误差，m是
分布的平均值）。 CV值越小则曲线分布越窄越集中，测量

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《生命科学仪器及技术》
实践环节名称生命科学仪器及技术 1010178 天数 4 面向专业生物类各专业学分 2
实践课简介
通过对生命科学研究所涉及的大中型仪器设备技术配置的了解，知晓其应用领域以及实际应用中的分析技术，在对现代生命科学实验技术以及分析方法了解的基础上，通过老师分小组实习指导、演示操作，使学生基本掌握相关大中型仪器设备实际应用的技术方法，拓展学生的实验手段和应用思考，扩大学生在生命科学研究领域的知识面，从而促进大学生科研思维与实践能力的培养。