医工简报 | 预算内的灵感：低成本系统在实验室外收集脑部数据；肝细胞癌中的细胞图谱分析：预测局部复发并识别空间关系生物标志物

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医工学人

The Innovators

1. Nature | 预算内的灵感：低成本系统在实验室外收集脑部数据

2. JAMA | 新研究发现心脏病死亡率的长期变化

3. npj precision oncology | 肝细胞癌中的细胞图谱分析：预测局部复发并识别空间关系生物标志物

4. Med. Image Anal. | 基于全极坐标压缩感知的心脏径向磁共振成像加速

5. Nat. Commun. | 电刺激早期干预可减少非人灵长类动物中风后的神经损伤

6. Nat. Commun. | 基于微针的集成药代动力学与药效学评估平台：迈向个性化医疗

7. Nature Communications | 一种用于即时检测和活细胞内D-2-羟基戊二酸检测的基因编码生物传感器

8. Npj digital medicine | 在英国生物库中使用成像进行人工智能驱动的临床前疾病风险评估

9. IEEE Trans. Med. Imaging | 人体尺度暗场CT的分析重建

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行业动态

Nature | 预算内的灵感：低成本系统在实验室外收集脑部数据

一支由24名无经验人员组成的团队在印度和坦桑尼亚的学校、办公室和露天场所收集了近8000人的脑活动记录，创建了非洲和亚洲同类数据中规模最大的数据集。该方法于7月21日发表在《eNeuro》上，可能有助于扩大中低收入国家（LMICs）的神经科学研究——这些地区长期以来在人类大脑研究中代表性不足。大多数脑部研究集中在工业化的西方人群，并依赖昂贵的实验室成像工具。中低收入国家的研究人员通常资金有限，缺乏训练有素的技术人员，并且在招募参与者方面存在困难。

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02303-5

临床综合

JAMA | 新研究发现心脏病死亡率的长期变化

根据JAMA Med. News最新报道，1970 年至 2022 年间年龄调整死亡率发生以下变化：

心血管疾病总死亡率下降了66%，从每10万人死亡761人下降到258人。
所有缺血性心脏病的死亡率下降了81%，从每10万人死亡693人下降到135人。
急性呼吸道感染死亡率下降了89%，从每10万人死亡354人下降到40人，而慢性缺血性心脏病的死亡率下降了71%，从每10万人死亡343人下降到98人。
其他形式心脏病的死亡率增加了81%，从每10万人死亡68人增加到123人。增幅最大的是心力衰竭、高血压性心脏病和心律失常的死亡人数。

https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2837023

医学人工智能

npj precision oncology | 肝细胞癌中的细胞图谱分析：预测局部复发并识别空间关系生物标志物

一张完整的病理切片包含约1,000,000个不同类型的细胞，这种大规模的细胞和非细胞成分的异质性构成了一个相互竞争的群落。传统的基于像素的视觉处理技术无法准确捕捉细胞实体部署和形成策略中固有的复杂性。在此，该研究团队完成了对387名肝细胞癌（HCC）患者六组队列的完整病理切片中所有细胞的分割和分类，并有57名病理学家协助。进一步提出了一种名为混合图神经网络-Transformer系统（HGTs）的人工智能系统。该系统通过分析从细胞到细胞、细胞群落再到组织水平的多尺度细胞相互作用，精确预测了术后HCC的局部复发。所提出的HGTs在整合临床信息和免疫组化标志物等多模态数据后，性能优于现有最先进方法，C指数提高了23.1%，达到0.823。此外，还发现并定量验证了一组影响肿瘤预后的空间关系生物标志物，包括肿瘤-淋巴细胞和肿瘤-肿瘤相互作用的频率、关键细胞群落的分布和稀疏性，以及相邻瘤周组织的纤维化程度。利用这组标志物的抗肿瘤潜力，其团队正在开发增强免疫系统抗癌能力的疗法。所有细胞语义分割数据集和代码均已公开：https://github.com/Yuan120825/HGTs。

https://www.nature.com/articles/s41698-025-01042-0

Npj digital medicine | 在英国生物库中使用成像进行人工智能驱动的临床前疾病风险评估

在临床症状出现之前识别疾病风险和检测疾病对于早期干预和改善患者结果至关重要。在这种情况下，将医学成像整合到临床工作流程中，通过捕捉详细的结构和功能信息提供了独特的优势。与非图像数据不同，如生活方式、社会人口统计学或以前的医疗状况，这些数据通常依赖于容易回忆偏见和主观感知的自我报告信息，而成像提供了更客观和可靠的见解。尽管医学成像在人工智能（AI）驱动的风险评估中的使用正在增长，但其充分发挥潜力仍然没有得到充分利用。在这项工作中，研究团队展示了如何将成像整合到常规筛查工作流程中，特别是利用大型前瞻性研究英国生物库中可用的颈部到膝盖全身磁共振成像（MRI）数据。其分析侧重于对各种疾病进行三年风险评估，包括心血管、消化系统、代谢、炎症、退行性和肿瘤疾病。评估了用于处理全身核磁共振的基于人工智能的管道，并证明使用图像衍生的放射学功能提供了最佳的预测性能、可解释性以及与非图像数据的集成能力。

https://www.nature.com/articles/s41746-025-01771-3

医学成像技术

Med. Image Anal. | 基于全极坐标压缩感知的心脏径向磁共振成像加速

传统基于压缩感知(CS)和深度学习(DL)的快速径向磁共振成像(MRI)常使用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)作为前向成像算子，其频率插值过程可能引入误差并降低图像质量。7月28日，加州大学研究团队提出一种全极坐标技术，将极坐标傅里叶变换(PFT)整合到CS与DL流程中，用于快速2D心脏径向MRI重建。该方法直接在极坐标空间从极坐标k空间数据重建图像，消除了频率插值需求；并通过变量分裂(VS)方案，为DL框架提供了易于解析计算的数据一致性约束项。此外，PFT重建在心脏关键区域（缩减视场rFOV）产生的初始图像伪影更少，优于常产生全局条带伪影的NUFFT，为后续CS和DL算法提供了更优起点。实验表明，在心脏区域，PFT-CS方法在5x、10x和15x加速率下均显著优于NUFFT-CS。提出的PFT(VS)-DL方法显著优于基于NUFFT和前向梯度下降(GD)的NUFFT(GD)-DL方法。该研究为动态径向MRI提供了一种新思路，优先保障关键小区域（rFOV）的重建质量。

https://doi.org/10.1016/j.media.2025.103732

IEEE Trans. Med. Imaging | 人体尺度暗场CT的分析重建

基于光栅的X射线暗场成像通过微孔结构的小角散射增强对肺泡的敏感性，有望应用于肺部疾病诊断，但暗场信号的位置依赖性（随CT旋转变化）导致传统重建方法在人体尺度下产生伪影。现有校准方法存在计算复杂或扫描轨迹受限的缺陷。7月26日，清华大学研究团队提出将暗场CT建模为加权Radon变换，通过解析反演公式消除位置依赖性伪影。该方法无需共轭射线对，支持从扇束到锥束几何的扩展，并通过人体胸腔体模实验验证有效性。

https://doi.org/10.1109/TMI.2025.3692849

康复（神经）工程

Nat. Commun. | 电刺激早期干预可减少非人灵长类动物中风后的神经损伤

对于缺血性中风患者，急性期干预是最关键的治疗窗口，因其可减少不可逆的组织损伤并改善功能恢复。然而，目前急性期可用的治疗方法极为有限，且患者筛选标准严格。尽管新兴的神经调控技术已被提议用于慢性中风治疗，但由于担心加重缺血引起的电活动不稳定性，急性期电刺激的研究极少。该研究证明，在中风后一小时实施急性皮层电刺激，可为非人灵长类动物大脑提供神经保护作用。通过先进的电生理学和组织学工具，发现在缺血病灶邻近区域施加连续θ爆发式电刺激，能显著降低周围组织的神经活动（表现为皮层电图信号功率和c-Fos表达减少）。这种去极化减弱的同时，感觉运动皮层的神经炎症和梗死体积也显著降低。这些结果表明，急性电刺激或可作为一种安全有效的早期干预手段，为改善缺血性中风预后提供新的治疗策略。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-61948-y

可穿戴技术

Nat. Commun. | 基于微针的集成药代动力学与药效学评估平台：迈向个性化医疗

精准与个性化医疗要求通过实时、连续的生物标志物和治疗药物监测，根据患者个体反应调整治疗方案。该研究提出了一种可穿戴的“基于微针的连续生物标志物/药物监测系统”（MCBM），专为糖尿病患者的同步体内药代动力学与药效学评估而设计。该系统采用双传感器微针和逐层纳米酶固定策略，实现对皮肤间质液（ISF）中葡萄糖与二甲双胍浓度的高灵敏度、高特异性检测。通过与智能手机应用无缝连接，MCBM系统可实时分析数据并提供反馈，推动糖尿病管理的药理学优化。验证实验和体内试验表明，该系统能精准监测葡萄糖与二甲双胍水平，为个性化治疗调整提供工具。其优异的生物相容性和安全性适合长期使用。MCBM系统推动了糖尿病个性化护理的进步，标志着可穿戴设备向实时药物剂量调整的迈进，从而提升精准医疗与个性化医疗水平。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-61549-9

生物材料

Nature Communications | 一种用于即时检测和活细胞内D-2-羟基戊二酸检测的基因编码生物传感器

D-2-羟基戊二酸（D-2-HG）是多种生命领域中具有功能性的内源性代谢物，其异常积累会促进人类肿瘤的发生。目前，针对D-2-HG相关疾病的诊断和预后，便捷的D-2-HG检测技术仍面临挑战，且尚无直接检测活细胞内D-2-HG的分析方法。该研究鉴定出一种D-2-HG特异性转录激活因子HgcR，并利用HgcR作为传感模块开发了D-2-HG传感器（DHOR）。随后，构建了一种适配DHOR的便携式设备，用于在血清、尿液和胶质瘤组织样本中实现快速、低成本的即时D-2-HG检测。DHOR还能在活细菌和人类细胞中实现D-2-HG的时空分辨检测。通过DHOR，从大肠杆菌和人类溶质载体22家族中鉴定出D-2-HG转运蛋白。总之，DHOR为体外和活细胞内的D-2-HG检测提供了一种强大且多功能的工具，为深入理解D-2-HG的生理和致病作用提供了新的机遇。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-62225-8

END

内容 | 郝娅婷

编辑 | 王可豪

审核 | 刘帅罗虎

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