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2013年 32卷 3期
刊出日期：2015-06-20
论文
论文
257
基于表面肌电信号的手腕动作模式识别
张启忠
*
席旭刚 马玉良 罗志增 佘青山
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.01
基于表面肌电信号的肢体动作模式识别是假手仿生控制的基础。为提高动作模式识别率，从肌电信号的产生机理出发，选取分别表征肌电信号形态特征——细节复杂度和整体自似性的近似熵指标和分维数指标，作为模式识别的特征向量；同时提出一种具有增量学习能力的K最近邻(KNN)模型增量学习算法作为模式识别的分类器。在对10位受试者手腕的4个精细动作(腕伸、腕屈、腕内旋、腕外旋)的识别实验中,取得了92.5 %以上的正确识别率。同时对增量学习能力对分类器动作模式识别率的影响做对比实验，当假肢使用者生理变化时，以 KNN模型增量学习算法作为分类器比采用不具增量学习能力的KNN模型算法的识别率高4.5%。实验表明，该肌电信号动作模式的识别方法方案合理，具有应用价值。
2013 Vol. 32 (3): 257-265 [
摘要
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340
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266
一种基于FPGA 的数字EIT 系统的实验研究
孙晓彤 郝会玲 沙洪
*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.02
以FPGA芯片为核心的数字化生物电阻抗测量实验平台，主要完成直接数字频率合成(DDS)的电流源模块、V/I变换和数字解调模块的研究。采用DDS技术生成正弦信号发生器，由THS4021改进的Howland电路设计压控电流源，在不同负载条件下测量其输出电流幅值的频率响应，并在不同频率下测量电流源的输出阻抗，对恒流源性能的稳定性和精度进行测定。解调方法采用数字化解调，测试不同激励频率下的数字正交解调输出误差变化情况。最后采用盐水槽实验系统进行成像实验。结果表明，电流源可在6.1～390.6 kHz范围输出多频激励信号，在600 kHz前保持在190 kΩ的输出阻抗。当信号频率从200 kHz逐渐增加到1.6 MHz时，解调电路输出的I和Q路误差逐渐增加，对应的幅度误差从1.13%增加到7.19%，相位误差从1.03%增大到5.34%。采用相邻激励-相邻测量模式对环氧树脂棒进行盐水槽成像实验，成像结果表明系统能够对单个目标物体实现较准确的定位，验证了本研究平台的可行性。
2013 Vol. 32 (3): 266-272 [
摘要
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273
Tip-Edge 与MDD 矫治器排齐整平阶段切牙三维移动变化的对比研究
沈月腾
1
何平
2
宋锦璘
1*
吴鹏
3
邓锋
1
高翔
1
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.03
比较Typodont模型上Tip-Edge和MDD矫治器排齐整平阶段切牙的三维移动变化，为差动直丝弓矫治技术的改良及应用提供参考。选用10副同一型号的安氏Ⅱ类1分类错（牙合）Typodont上下颌模型，均拔除上下第一前磨牙，分成Tip-Edge和MDD两组，每组5个样本。使用0.41 mm澳丝排齐整平上下牙列，45 ℃恒温分别水浴20、40 min，利用ATOS流动光学三维扫描仪对实验初始模型及各阶段水浴后模型进行三维扫描，并以Typodont颌架底座定位确定水平向、矢状向和垂直向。Geomagic软件以三维坐标系统为重叠标志，将每次水浴后的三维数字模型与初始模型重叠。重叠后通过色图分析得出各切牙标志点水平向、矢状向及垂直向的移动变化。使用SPSS170软件进行统计分析。Tip-Edge组与MDD组各切牙标志点水浴20 min后在水平向、矢状向及垂直向均有移动；水浴40 min后移动量增大。从两次水浴后所得数据来看：水平向，75%的标志点正方向移动，84%的数据无统计学差异（P>0.05）；矢状向，94%的标志点唇向移动，88%的数据无统计学差异（P>0.05）；垂直向，所有标志点均为龈向移动，94%的数据无统计学差异（P>0.05）。从排齐整平阶段来看，Tip-Edge组与MDD组各切牙标志点移动量组间无统计学差异（P>0.05）。MDD和Tip-Edge矫治器在排齐整平过程中，对切牙三维方向移动的控制无明显差异。MDD矫治器打开咬合的作用有待进一步临床及实验验证。
2013 Vol. 32 (3): 273-278 [
摘要
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279
基于多特征的颅内脑电癫痫检测方法
陈爽爽 周卫东
*
袁琦 袁莎莎 栗学丽
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.04
自动癫痫检测对癫痫病发作的诊断及减轻医务人员繁杂的工作有着重大的意义。本研究提出一种基于多特征的长程颅内脑电癫痫检测的新算法。该算法首先对颅内脑电信号进行小波分解和半波处理，然后提取脑电信号的微分方差、相对能量和波动指数组成特征向量，利用贝叶斯原理求得待检信号特征向量的后验概率，通过阈值判断达到癫痫检测的目的。利用德国弗莱堡长程脑电数据进行实验，检测灵敏度为94.2 %，特异性为95.6 %，误检率为每小时1.16次。实验表明，该算法能够有效检测出长程颅内脑电中的癫痫信号，并具有较低的运算复杂度，有利于实时脑电检测。
2013 Vol. 32 (3): 279-283 [
摘要
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284
基于剪切波变换的医学图像融合算法
阿都建华
*
王邦平 王珂 王艳
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.05
剪切波变换是一种新颖的多尺度几何分析工具，具有多分辨率、多方向性、效率较高等优点，比小波变换、曲波变换、轮廓波变换等图像表示方法有独特有的优势。基于剪切波变换提出一种医学图像融合算法，先将原始图像通过剪切波变换分解为低频子带图像和高频方向子带图像，然后采用非负矩阵分解方法融合低频子带系数，再通过深入研究人类视觉系统的特性提出最大视觉能量对比度方法，利用局部对比度和局部区域的能量和进行高频方向子带系数的融合，最后通过剪切波逆变换得到融合图像。两组实验均显示所提出的融合方法在与其余3种融合方法的比较中，采用的5项客观评价指标均有4项指标达到最优值，证明所提出的方法获取的融合图像效果最好。
2013 Vol. 32 (3): 284-291 [
摘要
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292
基于局部场电位固有模态分量的响应调谐特性研究
万红
*
张晓娜 刘新玉 李晓燕
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.06
局部场电位（LFP）反映了视觉刺激下大脑皮层局部区域神经元集群的响应。LFP响应特征的准确提取,对分析视觉信息的处理机制具有重要意义。本研究针对LFP的非平稳特性，采用具有自适应特征的希尔伯特黄变换，分解LFP固有模态分量，据此研究了大鼠V1区对刺激光栅空间频率的响应调谐特性，并与多神经元锋电位（MUA）和小波分解提取的Gamma频带进行了对比。结果表明：LFP第二阶固有模态分量对刺激光栅空间频率的调谐特性最强，调谐指数的均值（0.795 1）高于MUA调谐指数（0.631 3）和小波分解调谐指数（0.664 6），而且与MUA响应一致率达68.75%。所提出的方法在LFP响应频带特征提取上更有优势。
2013 Vol. 32 (3): 292-298 [
摘要
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299
基于分数阶Hilbert 变换二维纹理特征的罗音检测算法
李真真
*
吴效明
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.07
为了自动化地检测肺音中间断性异常呼吸音——罗音，基于新兴的分数阶Hilbert变换信号分析手段，提出一种新的检测算法。在不同阶数下，将分数阶Hilbert变换作用于肺音信号，由此可生成一个与该信号对应的二维纹理图像，纹理图像中呈现的明暗相间条纹组合的特征与罗音信号特征相对应，据此可实现罗音检测。分别进行两组检测实验，一组采用仿真的罗音叠加于实际肺音上进行罗音检测，100%的罗音被检测出，另一组采用美国胸科学会教学数据库包含真实罗音的肺音信号进行检测，敏感性指标达到97%，从而验证基于分数阶Hilbert变换的方法检测罗音的有效性。
2013 Vol. 32 (3): 299-304 [
摘要
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305
改进的快速FCM 及SVM 实现糖网白色病灶的自动检测
高玮玮
1
沈建新
1*
王玉亮
1
梁春
1
左晶
2<
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.08
为构建基于眼底图像的糖尿病视网膜病变(糖网)自动筛查系统，提出一种基于改进的快速FCM(IFFCM)及SVM的糖网白色病灶自动检测算法。首先，利用改进的快速FCM算法，对彩色眼底图像进行粗分割获取糖网白色病灶候选区域，由于该算法将中值滤波添加到FCM算法的准则函数中，同时利用K-means算法的聚类结果对FCM进行聚类中心初始化，使得该算法克服了传统FCM算法计算复杂度高以及对噪声敏感的缺点；其次，采用两层级联分类结构的SVM对候选区域进行分类，即先利用SVM根据候选区域的特征集将白色病灶提取出来，再利用SVM根据另外的特征集将白色病灶中的硬性渗出与棉绒斑区分开，从而实现眼底图像中糖网白色病灶的自动检测。利用该方法对65幅眼底图像进行糖网白色病灶的自动检测，得到图像水平灵敏度100%，特异性95.0%，准确率98.46%；病灶区域水平（硬性渗出/棉绒斑）灵敏度96.42%/97.15%，阳性预测值90.03%/91.18%；平均一幅图像处理时间35.56 s。结果表明：将改进的快速FCM算法所提供的良好粗分割结果与识别率较高的分类器SVM相结合，使得对糖网白色病灶的自动检测结果较优，即该算法能够高效地自动检测出眼底图像中的糖网白色病灶
2013 Vol. 32 (3): 305-312 [
摘要
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313
基于复杂度熵特征融合的高压力人群情感状态评估
李昕
1,2*
李红红
1，2
李长吾
3
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.09
长期处于压力状态容易引发各类疾病，合理有效的情感压力状态评估是进行压力情感干预的基础。脑电数据含有丰富的情感信息，针对脑电数据的压力情感特征提取问题，提出一种基于Kc复杂度、小波熵与近似熵相结合的脑电数据的压力情感特征提取方法，以Kc复杂度因子来量化脑电数据的随机程度，以小波熵和近似熵参数分别在时域和频域来量化脑电数据的复杂程度与能量分布；采用遗传算法进行全局寻优，按适者生存的原则进行支持向量机参数的选择、交叉、变异，以此优化的支持向量机融合3类不同层次的特征参数，实现压力情感状态评估。以“切水果”游戏作为压力源，采集8名被试共92组脑电信号，基于该算法来分析被试者的压力状态，最高识别率为94.12%，平均识别率82.06%。研究表明，不同脑区对压力敏感程度不同，左半球相对右半球来说，压力感受敏感。希望通过此工作，可以帮助人们有针对性地采取相应措施缓解压力，恢复身心健康。
2013 Vol. 32 (3): 313-320 [
摘要
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321
模拟卒中脑血流和心室做功变化的动力学模型
徐又为
*
丁光宏
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.010
分析脑卒中对心室做功的影响以及与高血压的关联性，为卒中和脑心综合症等心脑血管疾病的预警提供血液动力学依据。基于非对称T型管，建立心脑血管耦合的血液动力学模型，计算和分析动脉血液动力学行为；通过提高脑外周阻力和降低血管弹性，数值模拟在大脑动脉血管病变的情况下血压、脑血流量和心室做功功率的变化趋势。研究表明，相对于正常情况，卒中患者其脑外周阻力显著提高，脑阻力达到正常值2倍以上的占统计总人数的83%；其血压（尤其是收缩压和脉压）会明显高于正常值，模拟的收缩压达到140 mmHg以上；其脑部血液流量存在代偿流动和调节；其心室外功的总功率以及振荡功率占总功率的比例均增加，增加幅度达到10%以上。卒中患者的心室做功受到脑血管病变的影响，因而在治疗卒中的同时应加强对心脏的保护。
2013 Vol. 32 (3): 321-330 [
摘要
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264
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331
视、听、体感目标探测的EEG 频谱和空间特异性分析
王悟夷
1
许敏鹏
1
李岳峙
2
张宇婧
1
綦宏志
1
万柏坤
1
谢小波
3
崔红岩
3
明东
1
胡勇
3*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.011
利用行为学和EEG频谱能量分析方法，考察大脑对视、听和体感单通道靶刺激探测的频段和空间半球分布。采集14位健康受试者的64导联脑电数据，实验材料分为视觉、听觉和体感觉的靶刺激和非靶刺激。分析了3个感觉通道下所有受试者靶刺激EEG Power显著强于非靶刺激的频谱和脑区分布，还比较了3个感觉通道靶刺激的行为学数据。结果表明，体感觉靶刺激探测的难度显著大于听觉和视觉靶刺激探测。delta和theta频段在三感觉通道靶刺激探测过程中都发挥主要作用，印证ERPs成份中的P300在三感觉通道靶刺激探测过程中发挥主要作用。大脑对近点靶刺激的探测具有明显的左半球优势。三感觉通道靶刺激探测的行为学结果（错误率）与EEG Power结果（显著性差异电极统计）趋于一致，表明EEG Power分析可作为视、听、体三通道认知任务难度分类的潜在电生理学参数。
2013 Vol. 32 (3): 331-338 [
摘要
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427
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339
基于相移的实时超声弹性成像方法
孙瑞超
1
唐亚男
1
谢林培
1
何丹妮
1
陆敏华
1,2,3*
汪天富
1,2,3
陈思平
1,2,3
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.012
准静态超声弹性成像是分别采集组织压缩前和压缩后的超声回波信号，从信号变化提取组织运动并对组织弹性成像的一种超声成像技术。本研究提出一种基于块匹配和相移的混合算法，首先根据块匹配对复杂的位移场进行预估，然后根据预估值采用相移算法进行精细估计。为了验证该方法的有效性，用仿真的射频信号定量比较了新提出算法和之前发表的基于先验估计的算法，结果表明本研究中的方法无论是信噪比还是对比度噪声比都高于之前算法。以仿真的应变2%，泊松比0.49为例，基于先验估计的算法信噪比是3.82，而新算法的信噪比为10.85。同时弹性体模和病人数据实验表明，该算法对于复杂的人体组织仍然具有较好的鲁棒性。结果证明提出的新算法是一种精度高，鲁棒性好的实时弹性成像算法。
2013 Vol. 32 (3): 339-347 [
摘要
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348
肝素连接苯丙氨酸血液净化材料去除内毒素的研究
靳欣欣 王翔
*
毛金春 唐福州 熊延连
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.013
以氯甲基树脂为基底材料，肝素为连接臂连接配基苯丙氨酸，合成了一种安全无毒的新型内毒素吸附剂。本课题通过改变不同的反应物用量、反应时间和pH值寻找出最佳实验条件，同时对合成好的肝素苯丙氨酸吸附剂在不同介质（水及血浆）、不同内毒素初始浓度、不同时长条件下的吸附性能进行了研究，并对血液相容性进行了评价。在水以及兔子血浆的体外灌流实验中，2 h以内可将内毒素含量降至较低水平，最高清除率水中可达79%，血浆中为72%，且对血液中的其他物质含量影响较小（均小于10%），血液相容性良好。
2013 Vol. 32 (3): 348-355 [
摘要
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356
面向临床肿瘤诊疗决策的多模态医学影像融合
齐守良
1
岳勇
2
辛军
2
康雁
1*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.014
恶性肿瘤严重危害人类健康，早期诊断和有效治疗可降低致死率。借助在体和无创等优势，现代生物医学影像技术能为肿瘤诊疗提供大量有价值的结构和功能信息。由于肿瘤是一种多因素的发展型疾病，并且每种成像模态也都存在自身缺陷，单一时间点、单一模态的医学影像检查，无法揭示其本质、发生和发展过程。不同模态医学图像信息融合，可以实现信息互补和交叉验证，是揭示肿瘤机理、实现早期准确诊断和有效治疗的必然选择。本文在分析各模态成像技术特点的基础上，从配准、多模态医学图像融合方法和肿瘤诊疗中融合应用等3个方面分别进行综述，并指出了未来需要研究的问题。
2013 Vol. 32 (3): 356-362 [
摘要
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363
人工胰脏: 现状、挑战与展望
王友清
*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.015
目前医学界还没有根治糖尿病的手段，人工胰脏被广泛地认为是治疗和管理糖尿病最有前途的手段之一。在此就动态血糖监测系统（CGMS）、胰岛素泵、闭环算法、及其之间的通信和临床试验等5个方面，对人工胰脏研究的发展现状进行了综述，并对所面临的挑战以及有前途的研究方向进行了讨论。
2013 Vol. 32 (3): 363-372 [
摘要
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373
基于水平集的快速成型技术在颅骨缺损修复中的应用
章然 张子群 宋志坚
*
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.016
目的 探索利用水平集方法和快速原型技术得到颅骨缺损修复假体用于颅骨修复。方法 基于有颅骨缺损的患者的CT数据，利用水平集方法结合病人脑组织信息得到完整的颅骨原始轮廓，还原出颅骨缺损部位信息，三维重建后应用三维打印机进行定制的颅骨缺损修复假体的快速原型制造。结果 所得颅骨缺损修复假体非常适合颅骨缺损的部位，使用水平集方法和快速原型技术得到的颅骨缺损修复假体有很好的个体适配性。结论 水平集方法和快速原型技术精确制造颅骨缺损修复假体是可行的，对颅骨缺损修复手术提供术前规划、减少术中危害具有重要意义。
2013 Vol. 32 (3): 373-377 [
摘要
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288
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378
基于血液酒精浓度和脑电特征的酒后驾车事故倾向对比研究
钟铭恩
1*
吴平东
2
彭军强
3
洪汉池
1
DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.03.017
为研究驾驶员不同程度饮酒后的交通事故倾向，结合步进酒后状态诱发和模拟驾驶实验，对比分析了驾驶员血液酒精浓度BAC和规范化脑电δ波功率增益NPG分别与交通事故倾向NAP之间的数值关系。实验结果显示：饮入酒精导致约92%驾驶员安全驾驶能力下降，但约8%驾驶员在适量酒精作用下反而有所提高，说明血液酒精浓度方案缺乏一定的严谨性；NPG与NAP之间普遍存在增减一致性，而BAC与NAP在约10%～30%主观最大饮酒量区间可能增减不一致。规范化脑电δ波功率增益相比于血液酒精浓度能更准确的反映驾驶员不同程度饮酒后的交通事故倾向，可作为酒后驾车相关问题及对策研究的一种新型参数依据。
2013 Vol. 32 (3): 378-383 [
摘要
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