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2014年 33卷 1期
刊出日期:2014-02-20

论文
 
       论文
1 基于Hermite滤波器的稳态视觉诱发电位背景标记Stroop效应包络分析
高文静    陈小刚   高小榕*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.001
Stroop效应能够反映大脑对冲突干扰的注意。为了深入分析Stroop效应中大脑的认知活动过程,设计了稳态视觉诱发电位(SSVEP)背景标记的Stroop实验范式,记录同时含有事件相关电位(ERP)信号和SSVEP信号的脑电信号,并提出基于Hermite滤波器的脑电信号包络分析方法。采集了10例受试的脑电数据,分离得到ERP信号和SSVEP信号。在刺激后400~600 ms时间窗内,不一致条件的ERP信号比一致条件的ERP信号更负。条件之间的差异具有统计显著性,差异主要分布在前额区域,可视为Stroop效应在脑电上的体现。通过包络分析发现,SSVEP信号的包络在刺激后存在明显的下降过程。ERP信号Alpha频带总包络刺激之后的变化与其刺激之前的水平有关,若刺激之前Alpha频带总包络的水平较高,刺激之后包络先小幅上升后下降到比刺激前更低的水平;若刺激之前水平较低,刺激之后的包络上升后下降到与刺激前相当的水平。通过SSVEP背景标记Stroop实验范式和包络分析,可进一步研究Stroop效应的认知活动过程,也可为其他认知实验提供参照。
2014 Vol. 33 (1): 1-7 [摘要] ( 267 ) HTML (1 KB)  PDF (1984 KB)  ( 403 )
8 基于相位一致性模型的眼底微动脉瘤检测方法
肖志涛1      刘璐1   耿磊
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.002
眼底微动脉瘤是糖尿病视网膜病变最早期的症状,准确检测眼底图像中的微动脉瘤对糖尿病视网膜病变的筛查具有重要意义。提出一种基于相位一致性模型的微动脉瘤检测方法。首先采用相位一致性模型获取微动脉瘤候选者,然后通过构建灰度剖面图去除图像中血管片段等无关信息,从而筛选出真正的微动脉瘤。通过对ROC网站提供的50幅眼底图像进行实验,在图像水平上实现了灵敏度94%、特异性100%、准确率96%的检测效果。结果表明,该方法对图像的亮度、对比度不敏感,能够高效自动地检测出彩色眼底图像中的微动脉瘤。
2014 Vol. 33 (1): 8-15 [摘要] ( 318 ) HTML (1 KB)  PDF (1891 KB)  ( 447 )
16 基于Kinect体感交互技术的上肢关节活动度测量方法
瞿畅1     丁晨1    
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.003
为了简化人体上肢关节活动度测量过程,提高测量效率和准确度,实现活动度的自动测量,提出一种基于Kinect体感交互技术的测量方法。通过Kinect传感器,捕捉上肢各关节点位置,将关节点数据传至计算机;通过检测上肢体运动平面偏离人体冠状面、矢状面和轴向面的距离,规范上肢的测量动作;自动计算肩、肘等关节各科目的活动度数值,由体感人机交互界面实时反馈测量结果。用该方法对40位受测者分5组(每组8人)进行测量试验,并根据t检验法,得到肩关节外展、内收、屈曲、伸展以及肘关节屈曲科目的|t|值,分别为1.53、1.17、1.30、1.58和1.47,均小于2.776,测量结果与期望值无显著差异,表明系统的测量精确度较高。
2014 Vol. 33 (1): 16-21 [摘要] ( 153 ) HTML (1 KB)  PDF (1482 KB)  ( 562 )
22 电触觉的皮肤神经机理仿真及实验验证
徐飞   张定国*   许恒
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.004
触觉学已经在很多领域得到应用,如遥控机器人、手术机器人、假肢、娱乐交互界面以及虚拟现实技术等,以此来增强人对机器或者虚拟物体的操作性。电触觉是现在主要的触觉再现措施,即通过改变恒流/恒压电脉冲的频率、脉宽、强度以及脉冲方向等因素,让人产生不同的触觉感。首先通过人体皮肤神经的建模推导出激励函数,并进行仿真研究,通过改变施加在电刺激阵列的电脉冲方向和强度,设计能分别刺激皮下3种刺激感受器(Meissner触觉小体、Merkel触盘、Pancinian环层小体)的实验范式,同时进行了心理物理学实验。10位受试者参加了实验,对食指进行电触觉刺激。正脉冲时采用不同频率(10、30、70、90 Hz)的电脉冲进行刺激,让受试者产生不同级别的振动感;负脉冲时采用不同脉宽(150、200、250、300 μs)的电脉冲进行刺激,让受试者产生不同级别的压力感。受试者对振动和压力的感觉强度进行主观判断。统计结果表明,该模型下的实验模式能够使触觉强度分级平均识别率高达80%以上,同时可通过对刺激电极分布以及电流大小的分析,找到最佳的刺激模式,保证最佳的触觉再现。
2014 Vol. 33 (1): 22-27 [摘要] ( 312 ) HTML (1 KB)  PDF (1826 KB)  ( 758 )
28 基于视觉感知信息的乳腺钼靶肿块检测分析与自动提取
柯尔挺1厉力华1*刘伟1    徐伟栋
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.005
医生的视觉感知信息与影像诊断联系紧密,如何有效利用该信息以提高医学影像辅助诊断中的决策准确性,是一个具有前沿性和实际临床价值的研究课题。针对医生临床诊断时其视觉感知行为的分析和利用,探讨医生读片时单纯的视觉注视信息在多大程度上反映肿块位置(可检测性),以及如何利用视觉注视信息提取病灶。首先,用眼动仪采集医生读片时的注视点序列,每个注视点包括该点在钼靶影像中的相对位置、注视点停留时间和瞳孔直径等3个视觉特征,然后基于这些特征对注视点序列进行聚类分析,根据关注度评价找出医生浏览影像时的若干“关注点”位置,并对比分析其与肿块位置的关系,以评价“命中率”;以关注点为引导,利用区域生长和水平集方法对肿块病灶进行提取。利用DDSM数据库和浙江省肿瘤医院数据库的75张钼靶影像进行初步实验。将关注点数限制在4个以内时,肿块病灶命中率为58.49%,同时所有命中肿块中被完整提取的占70.97%。结果表明,医生视觉注意信息对肿块位置的反应有一定作用,有助于理解感知反馈提高诊断精度的内在机理。
2014 Vol. 33 (1): 28-36 [摘要] ( 266 ) HTML (1 KB)  PDF (2010 KB)  ( 412 )
37 人眼眼底成像系统中自适应光学像差校正控制模型研究
贾皓丽1   沈建新1*钮赛赛2
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.006
对于自适应光学人眼眼底成像系统,由于人眼波前像差具有动态特性,为获得清晰、高分辨率的眼底图像,变形镜必须能够实时跟踪并补偿人眼中随时间变化的像差信息。本研究探讨自适应光学像差校正控制技术,基于自动控制理论建立自适应光学连续系统模型,分析基于纯积分、比例积分和Smith预补偿控制器下的控制系统模型及其控制性能。在自行构建的成像系统自适应光学平台上,对10只受试人眼动态像差样本进行像差校正实验。与校正前的像差((0.862±0.088)λ,λ为0.785 μm)比较,纯积分控制、PI控制和Smith预补偿控制这3种方法的校正后像差((0.154±0.033)λ、(0.133±0.026)λ、(0.103±0.011)λ)均显著降低(P<0.05),表明各种控制器的像差校正系统均具备一定的像差校正能力。单因素方差分析的结果表明,Smith预补偿控制的校正后像差显著低于纯积分控制和PI控制方法,表明Smith预补偿控制器下校正后的像差具有最大的显著差异,即具有最好的像差校正效果。Smith预补偿控制模型可为实时校正人眼动态像差进而获取人眼眼底图像提供理论依据。
2014 Vol. 33 (1): 37-44 [摘要] ( 240 ) HTML (1 KB)  PDF (2496 KB)  ( 441 )
45 针对个体差异的心理压力评估
李昕1,2,3*张云鹏1,2  李红红1,2陈泽涛1,2
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.007
慢性心理压力会带来一系列的病理、生理风险,直接影响健康。有效地评估心理压力,一直是心理压力研究中的热点问题。在心理压力评估过程中,个体差异是影响评估效果的关键。本研究针对评估心理压力/非压力反应中个体差异问题,以表面肌电信号作为评估参数,以高校即将毕业的学生人群为对象,提出了一种改进的支持向量机心理压力评估算法。算法通过对样本聚类,并将聚类信息赋予支持向量机的损失函数,实现训练样本的筛选,针对筛选后出现两类样本不平衡问题,为损失函数赋予权重来降低分类器的预测倾向性,减少训练模型的误差,补偿不平衡样本数据所造成的影响。心理压力评估分类正确率由改进前的70.34%,提高到79.31%,算法运行时间由改进前的2026.5 s减少到541.3 s。结果表明,该算法可以有效地解决个体差异对于心理压力评估效果的影响,同时降低了分类器的计算复杂度,为心理压力评估中个体差异研究提供一种可行的方案。
2014 Vol. 33 (1): 45-50 [摘要] ( 400 ) HTML (1 KB)  PDF (1815 KB)  ( 610 )
51 微波消融有效消融体积模型实验研究
赵金哲1     钱志余1*刘珈2  &nb
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.08
针对微波消融治疗需要监测消融区域的温度变化状态和获取有效消融体积的问题,通过离体猪肝实验,分析了消融区域的温升规律并建立了微波消融有效消融体积的数学模型。共进行了112例离体猪肝实验,采用40~70 W的不同微波功率和300~600 s的不同作用时间进行微波消融。实验在70 W微波功率作用下,实时采集了距离微波消融针5、10、15、20 mm处的毁损区域温度,对采用不同微波功率和作用时间得到的有效消融区域的短径、长径及体积数据进行了分析,并利用1stopt软件进行拟合。结果显示,消融区域不同位置的升温速度不同,距离微波针5 mm位置的升温速度为20 mm处的10倍左右;得到了有效消融区域的短径、长径和体积有关微波功率和作用时间的离体组织数学模型。消融区域的温升状态监测和有效消融体积模型的建立,有助于优化微波消融的术前治疗计划和进行实时消融治疗的效果评估。
2014 Vol. 33 (1): 51-56 [摘要] ( 275 ) HTML (1 KB)  PDF (1840 KB)  ( 553 )
57 基于希尔伯特-黄变换的白细胞信号分
张小飞  陶凌  邓娟  龙伟*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.009
白细胞信号(WBS)具有脉冲形状多样和时频特性各异的特点,目前临床上用细胞信号脉冲计数的方法来分析WBS通常难以反映其所携带的丰富的生理和病理信息,并直接影响到细胞分类问题。针对这一问题,探索能自适应地分解非线性非平稳信号的希尔伯特黄变换算法在WBC时频分析和分类中的应用效果。通过对血细胞中的WBC进行HHT变换,获取WBC的本征模态函数(IMF)分量、分量的Hilbert边际谱以及信号Hilbert谱;利用瞬时频率、瞬时幅值等进行计算提取健康人与患者的WBS平均强度、谱质心以及能量贡献率等特征作对比分析,根据其时频特征分布规律构建用于分类实验的特征向量;采用支持向量机(SVM)分类器,对58名健康人和60名患者的白细胞实验样本进行分类实验。结果表明,该方法提取的健康人和患者的WBS分量谱质心分布、平均强度值以及能量贡献率具有较好的区分度,分类正确率到达了94.83%。HHT方法能有效提取WBS特征,可辅助临床WBS的处理和分析。
2014 Vol. 33 (1): 57-62 [摘要] ( 295 ) HTML (1 KB)  PDF (2136 KB)  ( 390 )
63 10岁儿童头部有限元模型的建立及验证
曹立波     周舟   蒋彬辉*张冠军
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.010
运用ANSYS ICEM CFD以及HYPERMESH软件对10岁儿童头部几何模型进行合理的网格划分,获得具有高度解剖学细节的10岁儿童头部有限元模型。利用MADYMO软件自带的假人,模拟一起典型跌落事故中,受伤儿童从3个不同高度跌落时人体的动力学响应过程,并计算头部与地面碰撞接触瞬间的方位和速度等运动学参数。然后将这些参数输入到10岁儿童头部有限元模型中,模拟头部与地面的碰撞过程,并分析与损伤相关的生物力学参数。结果表明,颅骨的最大应力和最大应变分布在枕骨右侧,与碰撞点的位置较为吻合,但均未超过颅骨的耐受极限。利用颅内压力可较好地预测脑组织的损伤程度,而利用脑组织的vonmises应力可较好地判断脑组织的损伤位置。事故重建的结果表明,该模型具有较好的生物逼真度,可以用于儿童头部损伤生物力学的研究。
2014 Vol. 33 (1): 63-70 [摘要] ( 239 ) HTML (1 KB)  PDF (2614 KB)  ( 465 )
71 牙齿预备体参数化设计研究与实现
宋英龙1   戴宁1*许治1   孙玉春2
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.011
牙体预备是牙齿硬组织疾病治疗的关键环节。为开发新的牙齿预备操作模式并实现自动化预备体制备,研究了复杂形状、多约束牙齿预备体模型的计算机生成和参数化修改。首先,针对三角网格模型尺寸约束特点,通过分析模型尺寸链之间的关系,提出了预备体模型生成的参数化操作,通过此操作能够生成全瓷修复标准范围内的预备体模型;同时,利用基于历史的方法实现了预备体模型的参数化动态修改。磨牙和前磨牙各20例预备体参数化实验证明,此算法能够很好地完成预备体模型生成和参数化修改。通过第三方软件Geomagic Studio证实模型设计偏差在48 μm以内,小于100 μm的临床密合精度要求。为改革预备体临床操作模式,研发自动化牙体预备设备打下了坚实的基础。
2014 Vol. 33 (1): 71-78 [摘要] ( 270 ) HTML (1 KB)  PDF (2870 KB)  ( 399 )
79 胶原/纤维蛋白胶/载BSA微球复合支架的制备及体外性能研究
陈红丽1     吕洁丽2   南文滨1&nb
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.012
为改善组织工程支架材料内部营养供应不足及分布不均的问题,制备胶原/纤维蛋白胶/载BSA微球复合支架(SCFM)并研究其理化性质及其BSA释放行为。本研究中采用戊二醛交联并冷冻干燥制备多孔胶原海绵支架,纤维蛋白与载BSA的PLGA微球混合后加入凝血酶,注入胶原膜中制备复合支架,研究支架形态学、孔隙率、机械强度等理化性质;通过BCA试剂盒法测定支架内部不同部位BSA含量及释放行为,圆二色谱法检测BSA的二级结构。扫描电镜结果显示制备的胶原支架孔径分布均匀,孔径平均(130±45) μm;相对于胶原/纤维蛋白胶/BSA支架(SCFB),在体外释放48 h时累积释放率为75.20%±2.74 %,随后BSA即不再显著增加;而支架SCFM中的BSA释放时间延长,持续释放144 h,测定其累积释放量为72.36%±3.48 %;测定支架SCFM代表性的3个部位的BSA含量均匀,在释放96 h内均高于支架外BSA含量,且圆二色谱结果表明BSA二级结构未见异常。支架SCFM可长时间维持支架内部BSA含量,且持续均匀释放,是理想的组织工程支架材料。
2014 Vol. 33 (1): 79-85 [摘要] ( 398 ) HTML (1 KB)  PDF (2169 KB)  ( 430 )
86 抑郁症自发脑电信号特异性研究进展
王春方  张力新  张希  赵欣   綦宏志  周鹏   万柏坤  明
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.013
自发脑电(EEG)信号反映了大脑皮层神经元细胞群自发性、节律性的电生理活动,含有丰富的生理与病理信息,是临床脑神经与精神疾病诊断的重要依据。文中从频域分析、非线性动力学分析和因果性、同步性、独立成分分析等方面,综述了抑郁患者症自发EEG信号特异性研究进展并探讨了可能发展动向。抑郁症患者EEG信号频域分析方法,受性别、年龄及方法本身的限制,结论差异较大。非线性动力学及其他分析方法,得到了相对可靠的特异性分析结果,且部分参数变化与抑郁症状的临床变化有显著的相关性,有望为客观评价抗抑郁药物治疗效果提供新的检测手段,值得进行深入研究。
2014 Vol. 33 (1): 86-92 [摘要] ( 368 ) HTML (1 KB)  PDF (1295 KB)  ( 580 )
93 原子力显微镜测量心肌细胞杨氏模量的研究现状
朱烨   张宇辉    陈明*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.014
自原子力显微镜面世以来,已越来越广泛地被应用于各个领域的研究,尤其在细胞的微观领域有其独特的优势与价值。文中评述了近些年利用其测量表征细胞弹性的杨氏模量的方法和进展,并着重论述杨氏模量在心血管疾病中的应用研究。心肌细胞的杨氏模量不仅呈现随年龄的增长而增大的趋势,且与心血管的疾病有明显的相关关系。因此,测量心肌细胞的杨氏模量可以研究病变心肌细胞的物理改变,有助于了解心脏疾病,尤其是心衰及心梗的病理变化。
2014 Vol. 33 (1): 93-97 [摘要] ( 467 ) HTML (1 KB)  PDF (1487 KB)  ( 933 )
98 组织工程平滑肌构建的研究进展
巩长凤  侯雷   於学禅   吕静静     竺亚斌*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.015
平滑肌在人和动物体内分布广泛,普遍存在于消化道、呼吸道、血管、泌尿、生殖等诸多内脏器官中,通过收缩蠕动来协助器官的功能发挥,是重要的功能组织。平滑肌组织工程的研究目的就是要为这些组织和器官的功能化重建提供支撑。目前关于单纯平滑肌组织工程研究的报道并不太多,大多的研究主要结合在诸如血管、胃肠等组织/器官的构建中。对于平滑肌的构建仍然存在诸如生物材料的性能不可控、支架的制备技术较单一、种子细胞的培养技术和生物功能较欠缺、以及动物体内实验不完善等问题,实验室研究与实际应用还存在较大距离。本文主要从种子细胞的获取及支架构建两大方面阐述平滑肌组织工程的研究进展。从干细胞诱导分化为平滑肌细胞的研究示例中展望干细胞作为种子细胞的前景。
2014 Vol. 33 (1): 98-106 [摘要] ( 190 ) HTML (1 KB)  PDF (2115 KB)  ( 336 )
107 医用超细内窥镜系统研究
徐忠1    刘洪英1*皮喜田1,2 余巧
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.016
设计了一种医用超细内窥镜系统。采用微型、高分辨率的CMOS图像传感器配合低压差分信号(LVDS)传输技术进行前端摄像探头的设计,使摄像探头直径缩减至5.0 mm,并实现了图像数据的长距离高保真传输;采用基于S3C2440微处理器的ARM开发平台对图像数据进行处理,实现了内窥镜图像的清晰显示。以口腔为模拟测试对象对系统摄像功能进行了测试,并与传统内镜进行了对比,证明该系统能够完成内窥镜摄像,且所成图像分辨率高。以口腔溃疡模拟粘膜病变对系统进行测试,证明该系统能有效发现粘膜病变,病变检出率高达90.0%。本系统成像清晰,且镜体直径小,能大大提高病人内镜检查的舒适性,为消化道疾病普查初筛提供了一种理想的解决方案。
2014 Vol. 33 (1): 107-111 [摘要] ( 215 ) HTML (1 KB)  PDF (1821 KB)  ( 855 )
112 陶瓷口腔修复体等应力高速铣5轴加工刀轨生成算法
孙全平吴海兵  陈前亮
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.017
陶瓷具有硬脆的特点,机加工陶瓷口腔修复体时极易产生崩裂。为改善陶瓷切削性能,提高加工质量,运用力学强度理论,构建了一种陶瓷加工等剪应力设计的切削力模型,基于该模型可优化防裂加工的切削参数;提出适合陶瓷口腔修复体等应力高速铣5轴加工刀轨生成算法。依据提出的模型和算法,开发出等应力高速切削陶瓷口腔修复体的多轴加工自动编程系统(HGTRCAM),所生成的变小切深、变小进给量的5轴加工刀轨,经VERICUT仿真,发现刀矢正确、刀路几何一阶连续;运用Mikron高速加工中心进行陶瓷切削试验,结果表明,变小切深(0.5~0.1 mm)、变小进给量(0.03~0.005 mm/齿)高速切削陶瓷口腔修复体,与等切深(0.3 mm)、等进给量(0.015 mm/齿)高速切削的相比,避免了2~4 mm不等的加工崩裂,实现了陶瓷完好性加工。为口腔修复学中的陶瓷牙的制作,提供一种新的工艺方法。
2014 Vol. 33 (1): 112-116 [摘要] ( 205 ) HTML (1 KB)  PDF (2155 KB)  ( 290 )
117 三维螺旋结构的机械性取栓器生物力学分析
祁勇翔1,2 谷雪莲1*李中华2   宋成利1
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.018
本研究模拟了两款镍钛三维螺旋状机械性取栓器(MERD)在径向压握、径向释放和血管内迁移过程中的情况,并对单个模型结构在各个接触载荷下的力学性能进行分析。建立了两款机械性取栓器、压握工具以及目标血管的有限元模型。对圆柱状压握工具施加向内的径向位移UR=+0.9 mm,压握取栓器至外径为2.9 mm;将压握工具恢复到原始尺寸,建立血管/取栓器接触关系;牵引取栓器近头端,使其在血管壁内迁移滑动。分析和比较两款取栓器在压握状态下的径向支撑力(RF)和最大主应变(MPS)峰值,释放状态下变形血管的等效应力峰值(VMS),迁移过程中取栓器的最大主应变、血管壁的等效应力峰值以及分析末期取栓器形态。结果表明, Ⅰ型和Ⅱ型取栓器的最大压握主应变峰值分别为3.23%和3.61%,Ⅰ型取栓器压握过程更加安全;当压握外径为3.0 mm时,Ⅰ型取栓器的径向支撑力为1.96 N,较Ⅱ型取栓器小21.6%,更容易压握;Ⅰ型结构在释放和迁移的过程中,造成血管壁应力集中的峰值分别为0.378 MPa和0.509 MPa,较Ⅱ型结构大21.6%和30.5%。本研究结果可以用于螺旋状机械性取栓器的结构优化设计,提高其生物力学性能,在工程和临床上具有重要应用价值。
2014 Vol. 33 (1): 117-122 [摘要] ( 308 ) HTML (1 KB)  PDF (2477 KB)  ( 396 )
123 微创血管介入手术导管辅助机器人自整定模糊PID控制
赵希梅1,2*游健康1     刘浩2  
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.01.019
传统的微创血管介入手术,医生长时间遭受大量射线的辐射,会对医生造成一定的损伤。而用手术机器人代替医生操作导管能够克服上述缺点。为此,针对微创血管介入手术导管辅助机器人系统,首先运用D-H法建立了导管运动学模型,以便获得导管近端到导管末端的运动传递关系,接着选择无刷直流电机作为机器人关节执行器,采用自整定模糊PID控制方法来适应血管介入手术过程中系统参数变化及不确定性因素的影响,实现从端辅助机器人精确快速地跟踪主手的控制指令,进而提高系统的控制精度。仿真结果表明,与传统PID控制相比,自整定模糊PID控制方法能够快速跟踪系统的指令,使系统的跟踪误差减小到0.3mm以下
2014 Vol. 33 (1): 123-127 [摘要] ( 263 ) HTML (1 KB)  PDF (1944 KB)  ( 477 )
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