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生物医学论文润色
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生物医学论文润色【1】
狂犬病与埃博拉病毒病的传播动态及其病原的系统发育地理学研究
第一章 前 言
目前传染病的复发和流行已不仅是健康问题，也成为涉及到社会稳定和人心安定的全球公共卫生问题，这也提示了开展传染病流行和传播规律、传播风险评估及预测预警研究的必要性。
传染病的发生与流行，是病原体、环境和宿主三者相互作用的结果，其影响因素多而且具有明显的区域性差异，自然条件、社会经济状况以及人类生产活动、
行为方式等环境因素不仅直接影响传染病的传播，而且还决定病原体及其宿主、媒介的时空分布，从而导致传染病和病原的分布往往具有明显的时空特异性。
因此，目前迫切需要采用新的技术手段，开展传染病分布动态及传播风险预测，环境因素对传染病传播、蔓延和疫区演化、变迁的影响，
传染病病原体的时空迁移图谱以及病原体、环境和宿主之间相互作用的研究。
近些年，人们逐渐认识到时间、空间这两个关键的信息能给传染病及其病原的研究带来巨大价值，从而促进了空间信息技术和系统发育地理学分析技术在公共卫生领域的快速发展与应用。
它们从传染病本身及其病原体的角度出发，有效地利用了现有的数据，主要目的在于全面系统地挖掘传染病流行病学特征、传播动态及其时空分布格局，
从而探索和评估与传染病相关的因素，以期更好地认识传染病的流行规律和传播风险，从而为制订防控策略、进行快速有效的应急反应提供科学支持，保障人类健康和生命安全。
第二章 我国狂犬病的传播动态及其病原的系统发育地理学研究
2.1 研究背景
我国目前是全球狂犬病流行的重灾区，尤其是我国的农村地区，我国的狂犬病发病率在全球排名第二，仅次于印度[7]，所以说狂犬病是我国一个长存已久的严重的公共卫生问题。
狂犬病在我国属于乙类传染病，其死亡人数一直居我国法定报告传染病死亡数的前三位，对我国人民的健康构成了严重威胁，是严重的公共卫生问题。
1950-2004 年期间，我国就报道了将近 108412 例狂犬病病例[8,9]。
近些年，由于我国经济的快速增长，人们跨区迁徙、饲养宠物等活动日益频繁，使得我国狂犬病在 20 世纪末期就迎来了狂犬病第三波流行高峰，
同时也呈现出疫区扩散的趋势，我国近十年来每年因狂犬病死亡人数平均都超过了 1000 例[10,11]。
有报道指出狂犬病复发和扩散的主要原因是近些年我国本地犬数量的快速增长、较低的犬免疫覆盖率和人被犬抓伤或咬伤暴露后的消极治疗[12-16]。
此外，我国部分农村地区可能存在漏报的情况，加上本地犬数目和动物狂犬病综合监测等数据的缺乏，导致国内目前对狂犬病的疾病负担估计也相对局限[15,17]。
2.2 资料来源及处理
为了描述我国狂犬病的发病趋势和季节性特征，利用 Microsoft Excel 2010 整理2004-2013 年我国狂犬病患者的报告卡数据，统计全国逐月发病率和年发病率，
绘制并叠加月发病率柱状图和年发病率流行曲线;为了描述我国狂犬病的发病人群特征，以 10 岁为间隔划分年龄组(50 岁以上单独为一组)，统计各年龄组的男女发病率，
并用柱状图表示，并统计不同职业人群的发病百分比，同时统计不同时间段、不同县区的人群分布特征，比较它们的差异;为了探索我国狂犬病的时空分布动态，
根据我国各县区狂犬病的发病数和人口数计算各县区的年发病率，利用 ArcGIS 软件，通过县区代码将各县区的流行情况与全国县区基础地图关联，
绘制每年的县区发病率分布图，展示发病率逐年的动态分布趋势;为了更好地展示和比较各省流行的动态变化，统计各省的狂犬病年发病数，以柱状图的形式展示各省近十年的发病变化。
第三章 塞拉利昂埃博拉病毒病的传播动态及干预措施效能研究........................44
3.1 研究背景..... 44
3.2 资料来源.......... 46
3.3 分析方法..................49
第四章 塞拉利昂埃博拉病毒的遗传多样性及其系统发育地理学研究................88
4.1 研究背景...............88
4.2 资料来源.....................89
4.3 分析方法...........................90
4.4 研究结果.........................91
第五章 全文总结...................107
第四章 塞拉利昂埃博拉病毒的遗传多样性及其系统发育地理学研究
4.1 研究背景
2014 年前，研究人员从非人类灵长类动物中获取的 EBOV 全基因组序列较少，根据仅有的一些序列进行了分子钟溯源进化分析，发现这五种亚型在数千年前就开始分化。
有研究者对 2013 年前的 97 株丝状病毒的基因组进行了共同祖先分析，发现莱斯顿型 EBOV 和扎伊尔型 EBOV 的共同祖先可能出现在 50 年前，马尔堡病毒和苏丹型的共同祖先则出现在 700 年～850 年前[5,7]。
近些年，基于基因测序的实时PCR 技术快速发展，实际应用中不但能够实时获得检测结果，还可以通过设计不同的引物对病原耐药位点、毒力位点突变情况进行检测，从而指导临床救治和疫情防控。
随着新一代测序技术的发展，2014 年西非疫情暴发后，中国、美国、英国、法国、荷兰等国的传染病防控专家不仅积极协助西非防控 EVD 疫情，
而且也为 EBOV的科学研究做出了重要的贡献，共测出了近千条 EBOV 的全基因组序列，为 EBOV的分子进化特征研究、疫苗和治疗药物的研制等方面做了很好铺垫。
4.2 资料来源
收集所有公开发表的、来自塞拉利昂的 EBOV 全基因组序列，该序列中记录样本的采样时间和采样地点，该数据主要来源于美国共享的 GenBank 数据库
下载的序列有部分缺乏发病地点和分离时间等信息，这些缺失的信息主要从已发表的文献中补充获取[8-11,17]。
另外，我们还收集了 3 条来自几内亚国家的 EBOV 全基因组序列，这 3 条序列是西非 EVD 疫情中最早分离出来的序列，纳入这 3 条序列旨在于确定系统发育树的根。
此外，中国移动实验检测队在塞拉利昂执行 EBOV 检测任务期间，测序了60 条新的 EBOV 全基因序列，采样时间为 2014 年 10 月 7 日至 2014 年 11 月 11日。
本研究纳入了这 60 条新的 EBOV 全基因组序列。
第五章 全文总结
我国狂犬病的传播动态及其病原的系统发育地理学研究：明确了我国近十年来狂犬病疫情的流行动态及三间分布特征，探索了高发热点区的演化趋势，
通过将狂犬病的时空扩散动态进行可视化展示，我们全面地认识到我国狂犬病在近些年的发病总数虽逐年下降，但总体疫情却呈现出一种―由高发区向低发区或无病例区扩散，
由东部、南部地区向西部、北部地区扩散‖的流行态势，这表明我国狂犬病的防控工作不仅要关注高发地区，还应加强对高发区周边的低发地区和新出现疫情地区的防控工作。
另外，利用面板 Poisson 回归，我们探索并评估了人均经济水平和人均教育水平对我国狂犬病流行的影响，还发现了动物疫情的暴发对狂犬病的流行具有预警作用，
这些提示着我国应重点关注农村地区或落后地区的狂犬病防控工作，提高这些地区的卫生资源分配和防控力度。
通过进一步的系统发育地理学研究，发现我国狂犬病高发地区的狂犬病毒遗传多样性比较丰富，低发地区则比较单一，这很好地提示了这些高发地区可能是狂犬病毒进化和对外传播的中心区。
我们同时还明确了Clade I 和 Clade II 这两大狂犬病毒家系是我国近些年狂犬病流行和扩散的主要家系，尤其是 Clade I-G，这给我国未来的狂犬病病原监测和疫苗研究提供了重点方向。
参考文献(略)
生物医学论文润色【2】
基于关节数据和极限学习机的人体动作识别
1绪论
随着计算机图形学的快速发展，以及对物理学应用的进一步完善，人们制作出越来越多的和人体动作相关的视频数据，对视频分类技术的需求也不断增长。
近年来，人体动作的识别在多个领域表现出广阔的应用前景和研宄价值，其中基于关节数据的人体动作识别更是成为计算机视觉领域的研究热点。
在计算机视觉领域，人的动作和姿态由于其复杂性和多变性，一直得到重点关注。
虽然视频检索和分类技术己经得到广泛应用，但是人体动作的识别问题一直没有得到很好的解决。
首先人体骨豁数太多，每个骨豁又有多个自由度，使得人体动作的表现极其复杂，另外人体不同的活动可能有相似的动作，例如投篮和挥手这两个动作，
人的主观判断可以轻松地分辨出来，但是如果仅从肢体动作看，现有识别算法可能很难区分，上述问题亟待解决。
本文基于两种动作特征提取算法提出了一种新的组合特征，并结合极限学习机及其多种改进的变体，使人体动作的识别效果得到改善。
本章后续内容将介绍本文实验使用的数据的两种捕捉技术、人体动作识别的研宄现状、极限学习机的基本思想及文章组织结构。
2运动捕捉数据的表示及动作特征的提取
2.1本文使用的数据集
ASF文件定义了运动数据起始帧的基本骨架姿态，每个骨豁段包含该段的绘制信息。
ASF文件必须满足在骨架中没有间隔的要求，即每个关节点都必须有数据，另外，每个子节点必须相对其父节点有偏移，直观理解就是不能出现长度为0的骨骼段。
因此，相较于其他文件格式，ASF更便于生成新的骨豁段。
AMC文件包含了由ASF文件所定义的骨架的运动数据。
这些运动数据每隔一段时间进行一次采样，每一顿由一系列线段构成，每个线段代表一个骨赂段。
AMC文件首先记录了根节点在世界坐标系中的绝对位置坐标和旋转数据，然后记录其他每个节点相对其父节点的旋转数据，根据关节的实际情况，每个关节有不同的自由度。
2.2两种动作特征提取算法?
为解决上述问题，引入了时序分层结构模型，该模型在2D图像中的空间金字塔匹配，该时序分层结构模型如图2.4所示。
第一层协方差矩阵计算了整个运动序列，后面的各层在比上一层小一些的窗口上计算，并且分有交叠和无交叠两种情况，图2.4只显示了分两层时的情况。
每个协方差矩阵由两个索引来标记，前一个标示了层数，后一个标示了在该层中的位置，例如第一层标记。
第1层中的一个协方差矩阵。
从一个窗口到下一个窗口的步长可以是整个窗口的长度，也可以是窗口长度的一半，如果是后者，那么各窗口之间就产生了交叠。
3基于组合特征和极限学习机的动作识别....13
3.1特征组合......13
3.2极限学习机和基于投票的极限学习机....13
4基于线性回归的ELM动作识别...22
4.1线性回归及线性回归分类....22
4.2基于线性回归的极限学习机...24
4.3实验及分析.....25
5基于稀疏表示的ELM动作识别....30
5.1基于稀疏表示的分类器......30
5.2基于稀疏表示的极限学习机....32
5.3实验及分析....32
5.4本章小结......35
6基于Dropout学习策略的ELM动作识别
6.1Dropout学习策略简介
一种合理的解释是有性繁殖的优势是在较长时间尺度下，自然选择的尺度并不在独立基因层面，而是多基因的协同表达。
一组基因能够和随机的另一组基因完美合作，这使得整个繁殖系统的鲁棒性更强。
因为一个基因不可能总是依赖于一大批的匹配基因来表现，所以它必须要做一些对自己有用或者对与其他一小部分基因组合有用的事。
根据这个理论，有性繁殖的作用就不仅仅是让新的有用基因传遍整个群体，而且还通过降低复杂的同化来促进这个过程，而这些同化会降低新基因改善个体适应性的机会。
类似地，神经网络中的每个隐藏单元在Dropout训练时都要学习和其他随机选择的节点合作。
这可以使每个隐藏层节点有更强的鲁棒性，并且促使它独立产生有用特征，而不是依赖于其他隐藏层节点来纠正错误，并且同一隐藏层的节点还是要完成相互不同的工作。
6.2Dropout模型描述
人体动作的数据由于记录内容复杂，且记录的数据样本有限，再加上噪声的存在，极易产生过拟合。
所以将Dropout学习策略引入到极限学习机中，可以有效防止信号噪声产生的过拟合，以提高动作识别率。
基于Dropout学习策略的极限学习机(D-ELM)的基本方法是保留原始极限学习机的输入层和隐藏层算法，在计算输出层权重时采用Dropout策略以提高抗过拟合性。
实现方法为每次调参从中间层的输出矩阵中随机抽取若干列构成，釆用Dropout策略随机丢弃掉部分节点数据，采用广义逆方法求得输出层权向量，
并以此对前一次调参所得权向量进行更新，更新方法为用新的权向量替换前一次所得权向量的对应元素，达到收敛条件后，形成最终的输出层权向量。
7总结与展望
7.1论文总结
对比这四项工作，得出如下结论：(1)改进的组合特征描述符在ELM及其各种变体上能HOD得到比原始特征更好的识别效果。
(2)当隐藏层节点数为100000时，基于线性回归的ELM在这种情况下识别效果较原始ELM有所降低，基于稀疏表示和基于Dropout学习策略的ELM都可以得到优于原始ELM算法的识别效果，
其中基于Dropout策略的ELM得到的识别效果最好。
(3)当隐藏层节点数为10000时，基于Dropout的ELM识别率较没有提高，而基于线性回归和基于稀疏表示的ELM较原始ELM均有提高，
其中基于线性回归的ELM对特征识别效果更好，基于稀疏表示的ELM对协方差特征和组合特征的识别效果更好。
7.2未来工作展望
在后期的工作中，希望可以实现如下目标：(1)对子关节相对父关节的旋转角度提取特征，以实现旋转、缩放、平移和尺度的不变性，来进一步改善分类效果。
(2)对于低精度的人体运动捕捉数据，可以首先对运动序列中的各关节点采用球面或样条差值，以这种方式减少噪声，然后再进行后续的特征提取和分类。
(3)目前使用ELM对人体动作进行的识别都是建立在大量隐藏层节点的情况下，对实验机器内存的要求非常高，后期工作中，希望能够找到新的方法减少隐藏层节点的需求量，以提高算法的实用性。
(4)将本文中的分类方法应用到更多
领域，以验证其普适性。
参考文献(略)
生物医学论文润色【3】
基于3DsMAX的人体软组织器官建模与仿真研究前 言
由于当代外科治疗对个体化、治疗的精确化以及创伤的最小化的不断追求，作为达成这些目的的重要支撑和保障的医学手术的仿真模拟技术，
已成为计算机在辅助外科手术工作这个研究方向中的最大热点之一，例如微创介入手术(MinimallyInvasive Surger, MIS)以及一些复杂的开放手术一般都需要在手术前进行仿真模拟(如换脸、脑部、心脏等)。
计算机科学的发展与传统医学的融合使得外科手术在近二十年中迈入了微创化时代，相比传统的手术方式，微创手术加快了病人的术后恢复，
但不可否认的是仍然有很多的限制因素存在于微创手术自身，主要体现在医生获得的反馈信息有限，对手与眼睛的协调提出更大的要求，成像范围狭小并缺少立体感，
这些客观条件都要求医生拥有更高的技术水平，必须通过长期的大量反复试验才能实现。
同时，传统的训练方式由于材料的限制无法达到训练次数的要求，然而仿真模拟为重复多次的手术训练提供了可行性，所以对于手术的仿真模拟研究有重要的现实意义。
除此以外，由于在所有外科手术的过程中，软组织都会因为外力而产生形变或位移，因此单纯依靠手术前计算机扫描得到的影像来确立的手术导航，
必定存在一定的局限性，所以将软组织的仿真模拟运用在手术导航中则变得必不可少。
文献回顾
1 手术仿真模拟发展综述
由于传统的断层成像技术提供的是人体及其内部器官某个断层的二维图像，医生们需要通过经验和想象推断出人体器官的三维结构，
诊断的正确与否往往在很大程度上都要依赖医师的个人经验，因此三维可视化和基于影像的仿真模拟近年来在临床及基础医学中引起广泛关注。
医学图像三维可视化的实现过程中最重要的一个环节就是三维重建，即把二维断层数据转化为三维几何数据的过程。
三维重建通过对大量连续的断层二维图像进行边界识别等分割处理,再由计算机通过相应的算法进行自动检索来获取被扫描物体的拓扑信息与二维几何信息，
从而构建出与真实相符的三维模型,从而真实地还原出所检测物体的三维影像，提供传统成像技术无法获得的空间解剖结构信息,
清晰地表现出人体组织器官的轮廓以及每个器官之间的解剖关系,更好地描述复杂结构的完整形态[9]。
伴随着计算机技术的井喷式发展，医学图像的三维可视化已经不仅限于原先的辅助诊断，如今更是已经发展成为用以辅助临床医学治疗过程的主要手段。
国内外学者高度重视三维重建技术并进行大量研究，使得三维可视化广泛应用到医学的多个领域.
2 软组织建模与仿真研究国内外现状
仿真模拟手术起初源于欧美发达国家，已历经了将近 20 年的不断研究，不过在最开始 10 年里，因为缺乏强劲严谨的科学依据支撑使用虚拟现实技术进行手术技能的训练，
并在有效地把虚拟现实技术运用于外科手术的技能培训中缺乏足够的知识，所以该项技术的发展始终迟滞，在最近的十多年里手术仿真模拟训练才逐渐被医学界广泛运用。
目前，国内外研究人员致力于开发具有高度逼真性的虚拟手术系统，2 软组织建模与仿真研究国内外现状仿真模拟手术起初源于欧美发达国家，已历经了将近 20 年的不断研究，
不过在最开始 10 年里，因为缺乏强劲严谨的科学依据支撑使用虚拟现实技术进行手术技能的训练，并在有效地把虚拟现实技术运用于外科手术的技能培训中缺乏足够的知识，
所以该项技术的发展始终迟滞，在最近的十多年里手术仿真模拟训练才逐渐被医学界广泛运用。
目前，国内外研究人员致力于开发具有高度逼真性的虚拟手术系统，
第二部分 基于 3DsMax 的软组织器官几何模型构建............. 37
1 基于 3DsMax 的膀胱几何模型构建.................. 40
2 基于 3DsMax 的肝脏及肾脏几何模型建立 .................. 54
3 小结 ........................... 60
第三部分 基于 3DsMax 的软组织器官仿真模拟及有效性验证................ 61
1 软组织器官的物理模型构建..... 61
2 基于 3DsMax 的膀胱尿液充盈形变模拟 .............. 69
3 有效性验证.................... 71
总 结 ......................... 78
1 本课题的主要工作................................ 78
2 本课题的创新之处............. 79
3 下一步工作................ 79
第三部分 基于 3DsMax 的软组织器官仿真模拟及有效性验证
1 软组织器官的物理模型构建
这个特性是指对于软组织器官，在一定的受力范围情况下，其形变应该是可逆的。
但是，一旦超过了某个受力临界值，其组织结构也会遭到破坏，形变状态将变得不可逆转，即便是取消了施力，其组织结构也将不会回复到受力前的状态。
如图3.2 中，δ为压力，ε为形变大小，在塑性材料的受力曲线图中可以看到，1 号位置时，形变开始，从 2 号位置开始，虎克定律不再成立，3 号点是降伏强度点，在降伏强度之后的形变就为塑性形变。
在 4 号点取消施力，则沿红色虚线形变回弹，根据塑性型变的强度，其中 0.2%最终不可逆。
如果继续施力，则沿红色曲线继续变化。
然而，对于人体内的活体软组织器官，例如肝脏，其有着独一无二的自我修复性，经过长时间的自我修复，最终也会回到最初的状态，
所以，软组织器官的塑性回弹曲线应该是类似蓝色曲线勾勒的情况，其第二次形变的初始形态由形变施力的时间间隔决定。
2 基于 3DsMax 的膀胱尿液充盈形变模拟
构建了膀胱的物理模型之后，3DsMax 就可以对膀胱在不同情况下的形变进行仿真模拟了。
在 reactor 动力学系统中，流体动力学是基于真实的物理算法生成的，可以直接建立并模拟液体的各种效果。
将建立的液体模型与之前建立的非充盈情况下膀胱物理模型之间进行网格约束，在液体体积逐渐增大的后，得到了四个不同充盈程度的膀胱模型。
与本课题根据真实扫描的 MRI 影像数据建立的膀胱不同充盈程度的模型作如下对比(如图 3.10-3.13)。
总 结
1 本课题的主要工作
本课题对 3DsMax 在医学仿真模拟领域的应用进行了分析和研究提出了一系列利用 3DsMax 软件对人体软组织进行模拟仿真、
受力分析等可行性研究的思路、方法、步骤，对基于 3DsMax 的几何模型重建的方法进行了架构，对物理模型重建的方法进行了初步的尝试。
在这些基础上进行了膀胱模型三维仿真模拟。
1)本课题在建立了基于 3DsMax 环境下研究探讨人体软组织几何模型构建方法之后，对人体三种不同类型的软组织器官进行了几何模型的建立工作。
分别对不同充盈状态的 4 位志愿者的膀胱影像进行了几何模型重建工作。
每个模型优化前包含节点数均在 40 万以上。
在建立了几何模型优化方法之后对各几何模型进行了面数优化，令其节点数及面数分别控制在 5000 个节点及 8000 个面以内，
使得在保证模型结构合理、仿真与实际组织精度满足医学要求的前提下，大大减少了系统的运算量，保证了满足视觉连续观看的实时渲染精度和速度。
2 本课题的创新之处
1)本课题首次在 3DsMax 环境下对软组织器官的仿真模拟进行了尝试。
并且构建了在 3DsMax 软件中的基于影像的三维重建方法。
包括几何模型的重建方法，本课题都给予了实例以及探索思路，为医学仿真模拟工作增加了新的尝试方向。
2)本课题首次将 3DsMax 的动力学系统引入医学仿真模拟领域，将基于影像的软组织三维几何模型的物理模型在动力学系统中的定义方法进行了理论构建。
尝试使用该理论对膀胱进行了充盈形变的模拟，并对其准确性进行了分析研判。
经过与实际模型进行对比得出了误差曲线，为使用其他软件对软组织器官进行仿真模拟的研究者提供了新的思路。
参考文献(略)
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