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2013年 32卷 6期 刊出日期：2013-12-20 论文        论文 1 总目次索引 2013 Vol. 32 (6): 1-8 [摘要] ( 126 ) HTML (1 KB)  PDF (302 KB)  ( 141 ) 1 作者索引 2013 Vol. 32 (6): 1-10 [摘要] ( 116 ) HTML (1 KB)  PDF (373 KB)  ( 193 ) 641 基于EMD-多尺度熵和ELM 的运动想象脑电特征提取和模式识别 谢平1  陈晓玲1   苏玉萍2   梁振虎1    李小俚1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.01 运动想象脑电特征是进行动作模式识别进而实现生物反馈技术的重要依据。在对侧躯体运动想象脑电识别方法的基础上，研究单侧躯体不同运动想象模式下的脑电特征提取问题，提出基于EMD-多尺度熵(MSE)的脑电信号瞬态特征提取及定量描述的方法，设计基于极限学习机(ELM)的动作模式识别模型。通过对10名正常受试者在左侧手臂屈、伸动作模式下的运动想象脑电的分析，提取其特征并进行动作识别，结果证实其识别率可以达到90%以上。实验表明：所提出基于EMD-MSE的运动想象EEG特征提取方法，能够定量刻画不同运动模式下脑电信号的多尺度局部瞬态特征；进一步运用基于ELM学习算法的前馈神经网络，可以实现对不同运动模式下脑电EMD-SME特征的有效分类。 2013 Vol. 32 (6): 641-648 [摘要] ( 409 ) HTML (1 KB)  PDF (836 KB)  ( 1098 ) 649 骨内微管中流动电位的实验研究 王轶涵   徐莲云*    富东慧  侯振德 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.02 力学载荷是骨量和结构的重要调节因素，骨重建与骨的形成和代谢密切相关。研究认为骨的力电性质是骨重建与力学载荷之间的纽带，而骨的力电性质中一个重要的研究方向就是流动电位。此研究的目的在于通过实验确定缓冲液流经哈佛氏管与骨小管时所产生的流动电位的差别。选取8个样本，使用自行设计的测试系统，测量5种不同加载速率下骨试样的流动电位。将骨试样的侧表面由硅橡胶密封，模拟缓冲液主要通过哈佛氏管流动的情形；而未密封的情况，则模拟缓冲液同时流经哈佛氏管以及试样表面上被剖开的骨单元中骨小管的情形。结果显示，对应于加载速率26、36、60、180、360 kPa/s，侧表面密封时，流动电位稳定值分别为（0.29±0.09）、（0.24±0.06）、（0.21±0.05）、（0.19±0.05）、（0.16±0.04）mV；侧表面未密封时，流动电位稳定值分别为（0.69±0.08）、（0.61±0.09）、（0.57±0.07）、（0.51±0.05）、（0.46±0.05）mV。未密封时流动电位明显高于密封时的流动电位（P值均小于0.05），而且两者的电位差反映了缓冲液流经骨小管时所产生的流动电位要明显高于流经哈佛氏管的时候。基于骨的微观结构，并考虑到骨细胞主要分布在骨小管附近，实验结果为研究流动电位与骨的重建问题提供了依据。 2013 Vol. 32 (6): 649-654 [摘要] ( 272 ) HTML (1 KB)  PDF (593 KB)  ( 406 ) 655 基于体模和反卷积算法的PET 呼吸运动模糊校正 孟祥宏1     陈仰纯2     郑冬琴1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.03 呼吸运动会导致PET图像出现运动模糊，影响肿瘤诊断的准确性和放射治疗的精确性。本研究结合高频正弦振动和反卷积技术提出了一种校正PET图像运动模糊的方法。高频正弦振动用于模拟肺部肿瘤的呼吸运动。首先使用雷当变换从运动模糊图像的伪倒谱中识别模糊运动方向，然后将运动模糊图像的模糊方向旋转到垂直模糊方向，利用双谱识别模糊幅度，最后使用Richardson-Lucy迭代算法对运动模糊图像进行校正。体模实验显示，通过校正后PET图像估算出的肿瘤体积和肿瘤内平均标准摄取值（SUV）更接近真实值，与未校正的模糊运动图像相比，其校正后的肿瘤体积误差从40%下降到10%，SUV误差从28%下降到4%。结果表明所使用的方法能够有效校正呼吸运动模糊，使肿瘤诊断更加准确。 2013 Vol. 32 (6): 655-662 [摘要] ( 339 ) HTML (1 KB)  PDF (646 KB)  ( 552 ) 663 一种基于改进经验模态分解的癫痫脑电识别新方法 庞春颖*  王小甜  孙晓琳 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.04 在临床癫痫诊断过程中，为了提高癫痫脑电的识别率，能在癫痫发作前期就预测到癫痫疾病，其特征波的提取至关重要。针对这一问题，提出将平行延拓与镜像延拓相结合来改进EMD算法。首先，使用平行延拓的方法，在原始脑电信号的左、右端点处分别预测出一个极值；然后，使用基于镜像延拓的EMD方法，对信号进行镜像延拓，以避免经验模态分解过程中的端点效应；最后，采用支持向量机进行信号的分类识别。算法验证数据取自德国伯恩大学癫痫研究中心的脑电数据库，其中50例是正常脑电信号、50例是癫痫发作间期的脑电信号。实验研究表明：该方法对总测试脑电信号的识别率达到94%。其中，正常脑电信号和癫痫脑电信号的独立识别率均为94%，比传统EMD算法处理后的脑电识别率提高了5%，可见该方法可以有效地预测癫痫脑电。 2013 Vol. 32 (6): 663-669 [摘要] ( 417 ) HTML (1 KB)  PDF (941 KB)  ( 537 ) 670 基于咬合力中心重建力学模型的种植定向设计方法研究 戴宁1*赵巍1  汤春波2    刘思玉2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.05 种植牙植入方向的确定是关系到种植远期成功的重要因素之一。本研究提出一种基于咬合力中心重建模型的种植定向初步设计方法。利用患者的CT数据、牙颌石膏模型数据、咬合记录数据及咬合力测量数据，构建咬合力中心平衡模型，对患者种植区域咬合力进行定量化研究，完成种植植入方向的初步设计。本方法为种植定向设计提供了重要参照标准和力学理论依据，为进一步完善现有口腔种植系统外科导向模板设计提供了新思路。以1例三单位桥缺失患者和5例单冠缺失患者为试验对象，完成了种植定向设计过程及最终种植规划。实验结果显示，近远中向和颊舌向倾角偏差都小于10°～15°的平均种植方向调整量，验证了本方法的有效性和可行性。 2013 Vol. 32 (6): 670-677 [摘要] ( 224 ) HTML (1 KB)  PDF (741 KB)  ( 689 ) 678 轴流式左心辅助泵的出口管道流场PIV 实验研究 柳光茂1  周建业1*  胡盛寿1，2孙寒松2   陈海波1  张岩2 DOI: 10.3969/j.issn.0258.-8021.2013.06.06 研究轴流式左心辅助泵的出口管道内血流流场的分布情况，根据流动特性与血栓形成的关系，分析轴流血泵管道内的血栓形成风险。用二维粒子成像测速(PIV)系统测试轴流式左心辅助泵的出口管道中心截面内血液沿管道的流动情况，用三维粒子成像测速系统测试整个管道内的血液流动情况，实验过程中辅助泵的转速为（10 000±20）r/min，流量为8.05 L/min，通过分析出口管道内的血液流场结果，预测左心辅助泵管道内的血栓形成可能。结果表明，辅助泵的出口附近血液存在螺旋流动和明显的垂直于管壁的流动，但在流动中逐渐降低，整个管道内不存在回流、涡流和低速流动区域，管道内血液沿管道的流动速度在管壁边界层外由0 m/s迅速增大到极大值1.0 m/s以上。沿管道方向，管道内的血液流速分布范围由0.7 ～2.2 m/s降低至1.0 ～1.5 m/s。泵的出口附近紊流度为0.31，距离泵的出口较远处的紊流度降低至0.15，血液流动趋于平稳。由于管道内的流动平稳且不存在回流、涡流和低速流动区域，因此不易形成血栓。出口管道有助于消除轴流式左心辅助泵流出血液的螺旋流动和紊流，使血流平稳，减少对人主动脉的损伤。 2013 Vol. 32 (6): 678-684 [摘要] ( 304 ) HTML (1 KB)  PDF (777 KB)  ( 716 ) 685 驾驶人背部肌肉负荷定量研究 张非若1,2陶鑫2   王波2   王文军2   成波2* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.07 使用表面肌电图（sEMG）技术测定驾驶人躯干肌肌肉活动，定量驾驶人背部肌肉负荷水平。选取8名健康男性大学生作为受试者，有驾驶资质，右利手。在驾驶模拟器上以80 km/h的速度匀速驾驶。模拟器场景为三车道直道的自编场景，受试者在中间车道行驶共120 min，同步记录躯干肌中左右腰竖脊肌（LES和RES）和左右多裂肌（LMM和RMM）的肌电信号。在模拟驾驶前，测试LES、 RES、 LMM和RMM的最大自主收缩力（MVC），以此作为数据处理的基值，并测试模拟驾驶前后受试者30%MVC的肌电信号。对等长肌肉收缩期肌电信号（即30%MVC肌电信号）进行分析，时域分析指标为参考随意收缩肌电百分比（%RVE）和频域分析指标为中位频率（MF）平均功率频率（MPF）。对连续驾驶期间肌电信号采用振幅概率分布频率（APDF）方法进行分析。时域指标结果显示, LES、RES、LMM和RMM模拟驾驶前后%RVE值均显著上升（P<0.05）；频域指标结果显示，模拟驾驶前后LES、RES、LMM和RMM的MF30%MVC值及MPF30%MVC值均下降，经检验RES和RMM模拟驾驶前后的MF30%MVC值及RMM驾驶前后MPF30%MVC值差异有显著性（P<0.05）。APDF分析结果表明，连续驾驶期间，LES、RES、LMM和RMM的肌肉负荷水平分别为7.55%±5.64%、5.78%±3.06%、6.13%±3.76%和5.69%±3.41%，为低负荷水平作业。sEMG研究表明，在连续驾驶期间，驾驶人的背部肌肉产生疲劳，躯干肌疲劳程度左侧高于右侧；在连续驾驶期间，背部肌肉负荷水平为持续低水平负荷。 2013 Vol. 32 (6): 685-691 [摘要] ( 331 ) HTML (1 KB)  PDF (564 KB)  ( 814 ) 692 融合生物运动信息的上肢运动功能康复诊断方法研究 高云园*   高发荣  罗志增 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.08 针对上肢运动功能的康复诊断问题，提出一种融合运动力学信息与生物电信息的综合性上肢运动功能评价方法，用于评价运动功能障碍患者肩肘腕关节的运动功能水平。在上肢进行动作时，对加速度信号和肌电信号进行信号采集、有效信号的选择、特征提取和特征筛选，并利用两类信号在动作分析中的不同优势，将信号的特征值进行优化组合。以简式Fugl-Meyer评分值为标准，构建多个线性回归模型，实现上肢运动功能的综合性评价。在对10位受试者肩肘腕的7个上肢动作（握拳、展拳、屈腕、伸腕、屈肘、伸肘、上肢平举）功能诊断实验中，提出的诊断方法不仅可以进行实时的信息提取和功能诊断，而且与Fugl-Meyer评价有很强的一致性，相关系数达99%以上。实验表明，该诊断方法能取代传统的上肢运动功能评价方法，并更细致地对上肢运动功能进行量化评分。 2013 Vol. 32 (6): 692-698 [摘要] ( 369 ) HTML (1 KB)  PDF (837 KB)  ( 494 ) 699 TEMPO-NaBr-NaClO 体系对细菌纤维素的氧化过程研究 廖世波1   奚廷斐1,2,4*赖琛2*廖世玉3   黄涛4   王甩艳4 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.09 细菌纤维素是具有天然纳米网状结构的支架材料，选择性催化氧化可改善其降解性能。以NaClO、TEMPO和反应时间为变量，研究2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基(TEMPO)/NaBr/NaClO体系对细菌纤维素的氧化。结果表明，在试验条件范围内，体系初始阶段的反应速率随NaClO用量的增加而减小；体系pH值是影响此阶段反应速率的主要因素且体系最大反应速率出现在pH＝10.50～11.00之间；TEMPO用量对此阶段反应速率的影响不明显。对整个反应过程而言，体系的反应速率和不溶性产物的羧基含量都随NaClO用量的增加而增大，其中NaClO用量在1～8 mL之间时，都呈现良好的线性关系；二者都随催化剂TEMPO用量的增加而增大。不溶性产物的羧基含量随反应时间的延长先逐渐减小后保持相对稳定在0.70～0.75 mol/kg。在不同反应阶段，TEMPO/NaBr/NaClO体系对BC的氧化规律存在明显差异，BC独特的结构特点可能是导致这种差异的主要原因。 2013 Vol. 32 (6): 699-707 [摘要] ( 454 ) HTML (1 KB)  PDF (804 KB)  ( 1047 ) 708 人E 钙粘素融合蛋白基质对人骨髓间充质干细胞向肝细胞定向诱导分化的影响研究 徐建斌1  张妍1   李素华1  祝传顺1,2姚芳莲2   赤池敏宏3   杨军1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.010 人骨髓间充质干细胞（hBMSCs）源的肝细胞对于肝脏疾病的治疗和药物的开发具有巨大的应用潜力。利用基因工程技术构建了融合蛋白质粒，并通过真核细胞表达体系表达出了人E-钙粘素胞外域与免疫球蛋白Fc段的融合蛋白（hE-cadherin-Fc），并将其用于疏水材料的表面修饰仿生构建细胞-细胞间相互作用的细胞外微环境，检测其对hBMSCs向肝样细胞定向诱导分化的影响。诱导分化培养4周后，与组织培养板（TC-PS）、明胶（Gelatin）基质相比，hE-cadherin-Fc基质显著促进细胞表达ALB、CK18、HNF-4等肝细胞分化基因，并且细胞的糖原合成和吲哚青绿（ICG）摄取功能均显著提高。在hE-cadherin-Fc基质表面分化培养4周时，白蛋白和尿素合成的量为2.7 pg/细胞/d和36.7 pg/细胞/d，相对于TC-PS和Gelatin分别提高了42.1%和28.6%、57.5%和25.7%。综上所述，利用hE-cadherin-Fc基质化构建细胞外微环境，有利于促进人骨髓间充质干细胞向功能化肝细胞的定向分化。 2013 Vol. 32 (6): 708-715 [摘要] ( 353 ) HTML (1 KB)  PDF (749 KB)  ( 612 ) 716 智能家居系统中人体定位技术研究进展 杨轶星1 刘永敬1  焦学军2  王春慧2  綦宏志1  周鹏1  张力新1  万柏坤1  明东1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.011 近年来，家居环境中人体数目和位置等信息的检测,作为智能家居等领域中一项重要信息处理技术日益受到重视。本文综合介绍了主动式和被动式人体定位系统的技术构成、研究过程中存在的问题和解决方案，并对5种不同的主动式和被动式定位技术,就系统性能、定位技术和算法实现等方面的优劣进行了比较。根据适用范围和应用场景选择合适的人体定位与跟踪技术，是构建高效智能家居系统的主要关键。未来智能家居的发展趋势将是采用多种算法优势互补和技术交叉结合的人体定位与跟踪系统，以实现家居环境的高精度、多功能、舒适安全的高智能化理想调节与控制。 2013 Vol. 32 (6): 716-722 [摘要] ( 351 ) HTML (1 KB)  PDF (433 KB)  ( 1583 ) 723 小口径人工血管及制备方法的研究进展 王甩艳1  赖琛2  奚廷斐1,2* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.012 血管移植是治疗心血管疾病的主要手段之一。小口径人工血管的研发也成为近十年来的研究热点。本文从制备小口径人工血管的材料和方法方面，首先简述了人工合成材料和天然生物材料，然后介绍了近些年来浸渍沥滤法、混凝法、去细胞组织复合法、静电纺丝法、旋转曝光法、组织工程血管支架法及3 D快速成型技术应用等的研究进展。阐述了作为小口径人工血管的各种材料和制备方法的特点，为理想的小口径人造血管进一步的发展提供了一定的参考。最后对小口径人工血管发展前景做了展望。 2013 Vol. 32 (6): 723-730 [摘要] ( 473 ) HTML (1 KB)  PDF (410 KB)  ( 1400 ) 731 超声可控释药体系研究进展 包敏1  周宇峰2  周祺惠1  董文1  张彦中1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.013 超声可控释药体系是一种新兴的靶向给药及基因转运方法。以超声敏感材料作为药物或基因转送的载体,当超声辐照于靶组织或靶器官时, 靶体内载体可定向释放出包裹或附着的基因或药物, 实现对负载药物的定时定量定点释放和提高药物输送效率或基因转染率的目的。文中对超声可控释药体系的作用机制、超声敏感载体材料及生物医学应用等方面进行综述，最后对该领域目前存在的问题和今后的发展方向提出了一些看法。 2013 Vol. 32 (6): 731-740 [摘要] ( 439 ) HTML (1 KB)  PDF (814 KB)  ( 1339 ) 741 用于人工胰腺的血糖闭环控制方法研究进展 姚玉峰  刘亚欣*  黄博  钟鸣 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.014 糖尿病患者的科学诊疗需要频繁进行血糖检测进而指导胰岛素注射。因此，具有血糖连续监测功能的闭环胰岛素泵系统（亦称人工胰腺），是医疗行业和众多学者急迫研究的目标。其中，具有时滞特点的血糖闭环控制问题，是人工胰腺系统开发过程中的关键与亟须突破的难点之一。文中首先分析介绍了人工胰腺系统组成结构与控制特点；然后对目前血糖闭环控制方法的研究进展进行了综述，从是否适应人工胰腺实际工作特点的角度对比分析各种控制方法的特点；再后从临床应用方面总结讨论了各种血糖控制算法应用进展情况，其中模型预测、比例-积分-微分（PID）与模糊控制是目前已开展临床试验研究并取得较好效果的血糖控制算法；最后分析指出，血糖控制算法的芯片植入及与之相关的算法精简优化、进餐预测、控制安全等，是需要未来进一步关注的问题。 2013 Vol. 32 (6): 741-751 [摘要] ( 435 ) HTML (1 KB)  PDF (638 KB)  ( 1128 ) 752 6 岁儿童下肢长骨有限元模型验证及参数研究 李海岩* 李蓓  崔世海  贺丽娟  吕文乐 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.015 研究在动态载荷下6岁儿童下肢长骨的损伤极限。分别对股骨、胫骨的有限元模型进行动态三点弯曲仿真试验，并通过有限元模型仿真试验与尸体试验结果的对比，探究相关参数对6岁儿童下肢长骨骨折的影响。仿真试验所得冲击块的撞击力位移曲线走势与尸体试验的结果基本吻合，验证了该模型的有效性。股骨和胫骨失效时的撞击力分别为2.52和1.96 kN，位移分别为11.88和23.49 mm。与成人相比，儿童骨骼的弹性模量略低，并且骨骼韧性较好，使得撞击时发生骨折的风险相对降低。本研究为儿童下肢损伤机理及防护措施的研究提供了科学的基础数据。 2013 Vol. 32 (6): 752-756 [摘要] ( 388 ) HTML (1 KB)  PDF (499 KB)  ( 587 ) 757 电阻抗与EIT 测量微系统设计 陈晓艳*  赵秋红  李宏英  张静 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.016 以微系统结构、高稳定性为设计目标，构建一套基于ATmega16单片机和AD5933的电阻抗与EIT测量微系统。AD5933芯片内部集成了DDS部分、滤波放大部分、12位A/D转换部分和片上的DSP离散傅里叶变换解调部分，避免了各个模块时序不一致造成的误差，提高了系统的稳定性和抗干扰性。基于Matlab平台开发图形用户界面(GUI)，实现了数据无线通讯、阻抗图谱绘制、特征参数计算、EIT图像重建。对均匀场进行100次数据采集，系统信噪比达70 dB。对高精度电阻、离体猪肉分别进行阻抗测试，根据Cole-Cole理论，绘制了阻抗圆图，测量结果与最小二乘算法拟合效果相符。针对16电极实验槽中不同位置和不同数量的有机玻璃棒分布，采用高斯牛顿重建算法进行电阻抗图像重建，成像效果良好，验证了系统的有效性与可行性。 2013 Vol. 32 (6): 757-761 [摘要] ( 326 ) HTML (1 KB)  PDF (668 KB)  ( 907 ) 762 单枚Cage 行经椎间孔腰椎椎间融合术的有限元分析 颜文涛1  赵改平1* 方新果1  柏磊磊1   王晨曦1  马童2   凃意辉2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.06.017 探究单枚融合器行经椎间孔腰椎椎间融合术的植入位置对单侧椎弓根螺钉固定腰椎生物力学特性的影响。本研究建立人体腰椎L4～5节段融合器不同植入位置的经椎间孔腰椎椎间融合术式模型，采用有限元方法比较分析各模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转工况下，腰椎活动范围、椎间融合器和椎弓根螺钉系统的应力分布等生物力学特征。结果表明，各术式模型中融合节段的活动范围均较无损模型至少降低82%，融合节段稳定性显著提高。椎间融合器和椎弓根螺钉的应力分布随工况和融合器放置位置不同而存在差异，融合器距离椎弓根螺钉系统越远，融合器和椎弓根螺钉的等效应力值就越大。因此，从腰椎融合稳定性及内固定应力峰值来看，融合器入路侧植入时融合器和椎弓根螺钉两者结合达到相对较好的术式效果。 2013 Vol. 32 (6): 762-768 [摘要] ( 409 ) HTML (1 KB)  PDF (834 KB)  ( 652 )

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