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2013年 32卷 5期 刊出日期：2015-10-20 论文        论文 513 膝骨性关节炎运动质量评估系统设计 洪汇隆1,2李玉榕1,2 *陈建国1,2杜民2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.01 为膝骨性关节炎患者提供一种运动康复训练的监护系统，患者可以通过监护系统了解自身运动规范程度并作适当的调整。设计了一种基于ZigBee无线通信技术的人体下肢运动质量评估系统，以评估膝骨性关节炎运动理疗法的动作规范性。该系统将装有微型加速度传感器的ZigBee模块穿戴在人体的下肢，获取运动时的三维加速度信号，将加速度信号经过Haar小波变换后，采用粒子群算法提取小波特征值，将提取的特征向量应用神经网络分类器对动作质量进行识别评估。通过对20名年龄在24～30周岁的健康男性直腿抬高训练的动作质量评估测试，系统对规范抬腿、抬腿过高、保持时间太短和非平行抬腿这4类训练取真率的均值和标准差分别为（89.1±2.0）%、（93.4±1.7）%、（89.5±2.3）%、（90.1±1.8）%。实验结果表明，本系统能有效地识别训练过程中的不规范动作，较好地实现了对直腿抬高训练的运动质量监测与评估，满足健康监护系统的应用需求。 2013 Vol. 32 (5): 513-519 [摘要] ( 285 ) HTML (1 KB)  PDF (488 KB)  ( 427 ) 520 基于去趋势波动分析( DFA) 的脑卒中后抑郁症静息脑电特征提取与识别 王春方1  张力新1  刘爽1  孙长城2     王勇军2   赵欣1綦宏志1    周鹏1   万柏坤1  杜金刚2   明东1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.02 为考察脑卒中后抑郁症（PSD）患者静息态脑电（EEG）特异性，通过去趋势波动分析（DFA）,提取16导联EEG信号波动函数F(s)和区间长度s函数关系在双对数坐标中线性拟合斜率之标度指数α值,作为EEG信号的长程幂函数相关性特征参数。将3类人群（健康正常组10人、脑卒中后无抑郁症组4人、脑卒中后抑郁症组7人）的16导联EEG信号α值作为样本进行独立样本t检验，结果显示，健康人与脑卒中患者在顶叶、颞叶以及枕叶处α值存在显著性差异（P<0.05）；利用支持向量机（SVM）分类器,将EEG信号DFA的α值放入16维特征空间在脑卒中患者组（含抑郁症与无抑郁症）内进行模式识别，可获得最高90.9%的分类正确率，有望为临床PSD提供客观有效的辅助诊断新手段。 2013 Vol. 32 (5): 520-525 [摘要] ( 567 ) HTML (1 KB)  PDF (504 KB)  ( 1070 ) 526 一种基于光学定位的超声探头标定方法 任亮 邱天爽*  郭勇 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.03 在手持二维超声探头扫描重建三维超声图像之前，需要进行超声探头标定。为了在标定图像数量少的情况下，快速有效地标定超声探头，提出一种基于光学定位的超声探头标定方法。设计一种由两个互相垂直的平面组成的立体标定模板。在标定过程中，手持超声探头扫描标定模板，由光学定位设备获取摄像机与模板的变换矩阵、超声探头与摄像机的变换矩阵。每次扫描得到超声声束与模板三正交轴的3个交点，共构造6个标定方程。当采集两幅以上标定图像时，即可非线性优化求解得到超声图像与超声探头的变换矩阵，未知量包括6个空间变量和两个超声图像比例因子。仿真实验表明，标定误差随图像数量增加而减小，当图像数量大于30幅时，标定平均误差小于1 mm；真实实验表明，该方法在采用20幅以上标定图像时，标定平均误差小于2 mm。该方法平均标定精度满足超声影像导航手术的需求，并为进一步的三维超声重建奠定基础。 2013 Vol. 32 (5): 526-531 [摘要] ( 488 ) HTML (1 KB)  PDF (575 KB)  ( 624 ) 532 Ｒician 噪声水平场的估计及其在MＲ 图像去噪中的应用 余丽玲1  阳维1*  冯衍秋1  刘闽2   冯前进1  陈武凡1 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.04 针对MR图像中空间变化Rician噪声的抑制问题，提出了一种噪声水平场的估计方法，同时结合方差稳定变换和BM3D算法实现MR图像的去噪。噪声水平场通过Rician噪声水平的局部估计和稀疏性约束模型进行估计，利用噪声水平场对噪声图像幅值进行空间自适应方差稳定变换，使得噪声与信号幅值和空间位置无关，采用BM3D算法即可实现对噪声的抑制，最后通过方差稳定逆变换得到无偏的去噪图像。仿真实验中，噪声水平场估计的平均相对误差小于0.2%，利用空间自适应方差稳定变换进行去噪，相比方差稳定变换，去噪图像的峰值信噪比可提高2 dB；采用真实乳腺MR图像进行去噪实验，利用自适应方差稳定变换可得到较高的Q度量。结果表明，所提出的方法能有效估计Rician噪声水平场，并用于抑制MR图像中空间变化的噪声。 2013 Vol. 32 (5): 532-538 [摘要] ( 615 ) HTML (1 KB)  PDF (682 KB)  ( 1240 ) 539 40 Hz 暂态听觉诱发电位中潜伏期成分的引出分析 朱程  王涛    黄江华    詹长安   谭小丹* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.05 常规方式下听觉诱发电位（AEP）的一些成分（如Pb）的出现和稳定程度与刺激率有关，但是刺激率的提高受到AEP潜伏期的制约，两者的卷积效应导致暂态AEP无法直接获取。连续循环平均去卷积（CLAD）和多刺激率稳态平均去卷积（MSAD）是提取高刺激率下暂态AEP的两种新方法。由于两种方法的计算原理和实验范式不同，需要通过充分的实验评估其性能。本研究采用这两种去卷积技术获取了11例正常成年人的40 Hz暂态AEP，并和常规（5 Hz）AEP对照。结果发现40 Hz高刺激率下暂态AEP主要波形的引出率均为100%（常规AEP的Nb和Pb的引出率分别为72.73%和54.55%）；潜伏期的变异系数为6.57%（常规方式11.18%）；个体AEP与总体平均之间的相关系数为0.87（常规方式0.70）。上述结果表明，与常规方法相比，40 Hz时去卷积技术得到的暂态AEP的主要成分可以更稳定地被引出，在应用上更具优势。 2013 Vol. 32 (5): 539-545 [摘要] ( 265 ) HTML (1 KB)  PDF (684 KB)  ( 494 ) 546 基于熵和支持向量机的病态嗓音识别 赵冰心    胡维平* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.06 为了更好地分析实际短数据带噪的病态嗓音信号，利用近年来提出的样本熵、多尺度熵、模糊熵和分层熵的方法来提取嗓音的熵特征参数，并借鉴分层分解方法，提出分层多尺度熵和分层模糊熵，分别对测试集39例正常嗓音和36例病态嗓音进行支持向量机（SVM）识别。实验结果表明：三层分层熵、分层多尺度熵、分层模糊熵的识别率和稳定性均较分层前有提高。在耗时较短的情况下，提取2 000点病理嗓音数据的6种熵特征都能达到较好且较稳定的识别率。提取2 000点病理嗓音数据的三层分层模糊熵特征，能得到较好且较稳定的SVM识别率97.33%，较分层前的模糊熵特征识别率提高约4.00%。熵分析方法可推进病态嗓音研究向临床的应用，为临床分析诊断实时、短数据的带噪病理嗓音提供一定的参考。 2013 Vol. 32 (5): 546-552 [摘要] ( 360 ) HTML (1 KB)  PDF (594 KB)  ( 610 ) 553 基于共空域频谱模式的少通道运动想象分类 孟建军  盛鑫军*  姚林  朱向阳 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.07 针对少通道脑电数据采集如2～3通道的情况下，利用每个通道信号的2～10个延时来扩展EEG信号的通道数，然后再利用共空域模式CSP算法进行特征抽取。针对每个通道信号的延时选取问题，提出利用非参数化估计互信息熵的方法来选择最佳个数的延时因子。应用多个时延的共空域频谱模式（CSSP）算法，对2008年BCI竞赛数据集IIb中的9个受试者以及实验室采集的13个受试者的想象运动数据集分析，结果表明可以使两个数据集的平均Kappa系数分别达到0.6与0.34。该方法可以依据8～30 Hz内频段的区分度自动优化权重系数，从而提高少通道数目下想象运动的分类正确率。 2013 Vol. 32 (5): 553-561 [摘要] ( 320 ) HTML (1 KB)  PDF (783 KB)  ( 1222 ) 562 基于流动注射的高速医用电解质分析模块研制 张会生1 张小飞1 刘昕宇1 饶捷1 钟彩青2     李乔亮1*齐素文1  林淑梅1   陈思平1   汪天富1 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.08 面向全自动生化分析仪的电解质测试需求，结合流动注射分析法(FIA)与离子选择电极法(ISE)，在理论上对动态的电解质分析方法进行分析讨论，为电解质模块的研发提供了理论基础。利用嵌入式技术实现模块的研制，并进行电解质测量实验，对模块的准确度、精密度、线性、稳定性、交叉污染率等5个方面进行评价，实验结果显示,K+、Na+、Cl-相对偏差和交叉污染率均在1%之下，变异性系数分别为0.40%、0.22%、0.66%，线性误差分别为-1.10%、-0.68%、-0.46%，稳定性分别为1.11%、0.76%、1.39%。临床实验结果表明，该电解质模块可以满足临床应用的要求。与传统电解质分析仪相比，该电解质模块可与全自动生化分析仪联用，测试速度高达150样品/h，在高速电解质分析领域具有一定的应用前景。 2013 Vol. 32 (5): 562-571 [摘要] ( 384 ) HTML (1 KB)  PDF (804 KB)  ( 579 ) 572 基于表面肌电信号的两侧下肢对应肌肉活跃差异性定量分析 许佳立1   王永奉2    刘更谦1    陈贵亮1    赵国如2* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.09 基于两侧下肢步态具有对称性的假说，现阶段采用以表面肌电信号为控制源的主动型康复机器人，其研究对象多数为一侧下肢，但该假说至今仍然存在很大争议。研究的目的是定量分析两侧下肢对应肌肉活跃程度的差异性。由9名试验者参与静态稳定（静止站立）和动态稳定（行走）两种实验，分别采集每位试验者的两侧胫骨前肌和内侧腓肠肌表面肌电信号，并利用最大自主收缩对所有的表面肌电信号数据进行标准化处理。通过对比两种实验状态中两侧下肢对应肌肉的活跃程度，发现对应肌肉在活跃程度上表现出明显的差异性。在静态稳定实验中，右侧胫骨前肌的活跃度为左侧的3.1倍，左侧内侧腓肠肌的活跃度为右侧的1.5倍；在动态稳定实验中，对应肌肉活跃的差异程度与速度之间存在较强负相关性（rTA=-0.759，rMG=-0.639）。最终的实验结果表明，尽管两侧下肢对应肌肉的功能和募集模式相同，但在活跃程度上表现出明显的差异性，并且这种差异性与速度具有较强的负相关性。研究成果对基于表面肌电信号的主动型双侧外骨骼康复机器人运动控制阈值的设定以及脑卒中患者的康复评估具有参考价值。 2013 Vol. 32 (5): 572-579 [摘要] ( 451 ) HTML (1 KB)  PDF (995 KB)  ( 822 ) 580 基于多特征信息及Ma-Ada 多分类器融合的蛋白质结构类预测 郑斌    厉力华* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.010 蛋白质序列特征表示和机器学习算法是影响蛋白质结构类预测效果好坏的两个重要方面。本研究基于k字统计频率和k片段位置分布两种特征提取方法，将分别提取到的氨基酸序列信息和物理化学性质信息同蛋白质二级结构信息进行融合，建立17维和57维的特征信息集，并尝试在Adaboost.M1算法中引入MultiAgent多智能体融合的思想，提出了一种Ma-Ada多分类器融合算法。该算法作为蛋白质结构类的预测工具，充分挖掘了单分类器度量层信息以及各个单分类器之间的交互融合信息。实验结果表明，Ma-Ada算法在Z277、Z498、1189和D640四个蛋白质数据集的57维特征信息集上的分类率分别达到了91.3%、96.8%、85.3%和87.2%，在17维特征信息集上的分类率也分别达到了90.6%、95.8%、84.8%和88.3%。与其它蛋白质结构类预测方法的结果相比，本方法能够获得较好的分类率。 2013 Vol. 32 (5): 580-587 [摘要] ( 297 ) HTML (1 KB)  PDF (496 KB)  ( 461 ) 588 构建基于小波熵的自训练半监督支持向量机分类模型评价老年人步态 吴建宁*     伍滨 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.011 研究应用半监督学习算法分析未标注步态数据评价老年人步态，提出基于小波熵的自训练半监督支持向量机步态分类模型，通过小波熵从未标注步态数据中选取为每次自训练步态分类模型所需最具信息量的标注样本，有效获取步态数据类别间和步态数据内在的“有价值”的步态变异信息，提高步态分类器的泛化性能。首先采用10名老年人和10名青年人步态数据构建支持向量机分类模型，然后对120名不同年龄组未标注步态数据分类预测，依据小波熵选取样本数据，逐步添加更新步态样本训练集，自训练支持向量机分类模型。实验结果表明，本算法较准确鉴别青年和老年人步态模式（分类正确率90%），比基于有监督学习的支持向量机步态分类算法正确率提高近5%，有效改善支持向量机步态分类算法性能，有望为临床提供一个评价老年人步态的新方法。 2013 Vol. 32 (5): 588-594 [摘要] ( 542 ) HTML (1 KB)  PDF (571 KB)  ( 569 ) 595 纳米羟基磷灰石/壳聚糖( n-HA/CS) 复合材料对SD 大鼠代谢器官的影响 王丽婷1，2周钢1    樊瑜波1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.012 纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料（n-HA/CS）是目前骨修复替代领域使用广泛的一种生物材料。为探讨该材料在体内经代谢降解后，对大鼠体内代谢器官生理功能的影响，并分析其可能的作用机制。本研究用共沉淀法制备nHA/CS复合材料，并采用红外光谱分析（IR）、X射线衍射（XRD）等手段表征该材料。通过细胞生长抑制实验，病理切片以及血清生化指标的检测，从体内体外两种方式观察该材料对MC3T3-E1细胞以及SD大鼠肝脏、肾脏等代谢器官的影响。结果显示，100 mg/kg含量nHA/CS复合材料粉末在大鼠体内代谢8周，血清尿素氮（BUN）水平升高为29.6 mmol/L；肌酐（CR）水平升高为66.9 umol/L；总胆红素（T-B）及间接胆红素（I-B）水平也分别升高至1.79 umol/L和1.32 umol/L，均较对照组水平明显增高，有显著性差异(P≤0.05)。且肝脏、肾脏组织中出现大量凋亡细胞，无组织坏死和炎症表现。n-HA/CS复合材料在体内代谢8周后，通过诱导细胞凋亡影响机体肝、肾等代谢器官的功能。 2013 Vol. 32 (5): 595-600 [摘要] ( 338 ) HTML (1 KB)  PDF (584 KB)  ( 655 ) 601 纳米颗粒对猪GV 期卵母细胞低温保存效果的影响 李维杰1    周新丽1*  刘宝林1    戴建军2    吕福扣1   张德福2   徐利2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.013 纳米低温保存技术很可能是新一代低温保存技术的重要发展方向，但纳米颗粒应用于卵母细胞玻璃化保存的报道较少。本研究将羟基磷灰石（HA）、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛等4种纳米颗粒添加到低温保护剂中，使用Cryotop法冷冻猪GV期卵母细胞，使用形态观察和荧光染色的方法, 研究其对细胞存活率和发育率的影响。结果显示在实验浓度范围内，HA较其它纳米颗粒对猪卵母细胞的毒性低，当浓度低于0.5%时，细胞发育率为100%；低温保护剂中添加0.1%HA纳米颗粒，发育率比其它组显著提高，可以达到22%， 且HA的粒径对结果影响不大；当低温保护剂中添加0.05%粒径为60 nm的HA颗粒时，卵母细胞冷冻复温后发育率会进一步从14.7%提高达到30.4%。在低温保护剂中添加适宜浓度的HA纳米颗粒，可以减少复温过程中的重结晶现象，促进细胞的冷冻存活率和发育率，保存效果与浓度相关，而与纳米颗粒的粒径关系不大。 2013 Vol. 32 (5): 601-605 [摘要] ( 484 ) HTML (1 KB)  PDF (267 KB)  ( 1041 ) 606 内质网应激对微囊化HepG2 细胞脂代谢影响及调控研究 肖静1，2张英1   于玮婷1     王为1     马小军1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.014 研究内质网应激发生对微囊化细胞脂代谢调节的影响，探讨内质网应激拮抗剂对微囊化细胞生长代谢调控的可行性。采用静电液滴法制备微囊化细胞，Real-time PCR法检测微囊化对葡萄糖调节蛋白78（GRP78）和C/EBP同源蛋白（CHOP）表达影响；通过MTT法检测细胞活性,ELISA法检测白蛋白含量，乙烷-丙酮法抽提测定胞内总胆固醇和甘油三酯含量，并比较拮抗剂四苯基丁酸（4-PBA）干预后相关指标变化。结果显示，微囊细胞中内质网应激标识蛋白GRP78和 CHOP表达量分别为同天数下平面细胞3.6倍和1.9倍（P<0.05），胞内总胆固醇（CHO)和甘油三酯（TG）含量分别为平面细胞1.7倍和3.2倍（P<0.05）。内质网应激拮抗剂4-PBA在1.0 mM 可显著增加微囊化细胞活性。干预后GRP78和CHOP基因表达水平降低50%和30%（P<0.05），胞内CHO和TG含量降低30%和15%（P<0.05），并使白蛋白水平较对照组显著提高（P<0.05）。结果提示微囊内存在内质网应激，且与微囊细胞脂代谢失调有关；内质网应激拮抗剂能缓解微囊对细胞的以上作用。 2013 Vol. 32 (5): 606-612 [摘要] ( 409 ) HTML (1 KB)  PDF (876 KB)  ( 616 ) 613 听觉脑-机接口技术实验范式的研究进展 郭苗苗  徐桂芝*   王磊    高海娟 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.015 目前基于视觉范式的脑机接口技术研究已经取得了较大的突破，并在实际中得到了广泛应用。然而很多视力受损的闭锁综合症患者，无法使用基于视觉范式的脑机接口系统，因此研究这一技术是非常必要的，可为听觉正常的闭锁综合症患者提供了一种新的与外界交流的渠道。本研究回顾了基于听觉范式的脑-机接口技术研究现状，从听觉P300、稳态听觉诱发电位、选择注意以及空间定位等4个方面总结归纳了听觉脑-机接口技术的实验范式并进行分析对比。最后提出了听觉脑-机接口技术在实际应用中存在的问题，并探讨了进一步的研究方向及思路。 2013 Vol. 32 (5): 613-619 [摘要] ( 676 ) HTML (1 KB)  PDF (402 KB)  ( 1148 ) 620 基于壳聚糖的纳米材料在骨组织工程与再生医学中的研究进展 李晓静1    王新木2   董研1*苟中入3 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.016 壳聚糖是目前发现的唯一与细胞外基质糖胺聚糖的化学结构相似的天然阳离子多聚糖，具有极为优良的生物相容性、生物可降解性和生物学活性。近年来，基于壳聚糖的纳米材料在组织工程中的研究较为广泛。对壳聚糖的纳米材料、壳聚糖复合纳米材料、壳聚糖纳米纤维和壳聚糖纳米粒子等在骨组织工程与再生医学中的研究进展进行回顾和阐述。近年来的研究显示，壳聚糖复合纳米材料生物支架、壳聚糖纳米纤维支架及包载具有骨诱导性的生物活性因子，以及外源基因的壳聚糖纳米粒子及纳米纤维，在骨组织工程与再生医学中具有良好的应用前景。 2013 Vol. 32 (5): 620-625 [摘要] ( 560 ) HTML (1 KB)  PDF (306 KB)  ( 909 ) 626 射频组织焊接技术用于结直肠吻合的探索性研究 赵灵犀1  周宇1  卓长华2,3,4李心翔2,3李殿立1鄢盛杰1   严博文5       欧孔武1     宋成利1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.017 利用射频能量焊接肠组织，研究压合压强、功率、温度参数对焊接效果的影响。利用自制的焊接器械和射频能量平台，进行焊接猪离体结直肠组织实验。实验参数为：射频频率450 kHz，输出功率恒定 (50和70 W)，在压合压强(1 125和2 658 kPa)下持续焊接肠组织240 s，控制焊接过程中的最高温度为(95±5)℃。实验完成后通过组织病理切片对比不同条件下肠道焊接的牢固程度、热损伤情况。结果表明：在50和70 W功率下，压合压强1 125 kPa的组，焊接部位浆膜层紧紧贴合，周围组织结构保持完好；压合压强2 658 kPa的组，焊接部位浆膜层未完全融合，且周围黏膜损伤较明显。最高焊接温度控制在(95±5)℃时，功率50和70 W的组焊接效果在组织病理切片观察中无明显差异。 射频能量焊接结直肠可行性良好，但压合压强过大易导致焊接部位周围组织损伤；且考虑到焊接部位周围的温度分布不均匀，不可单一用温度参数作为判断焊接效果的标准。 2013 Vol. 32 (5): 626-630 [摘要] ( 237 ) HTML (1 KB)  PDF (395 KB)  ( 424 ) 631 基于扩散模型的心电信号基线漂移去除法 江依法1  周青2*  叶含笑1   刘师少1  王海舜1 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.018 ECG信号的基线漂移直接影响波形的幅值及时程测量精度，快速、有效的基线漂移去除法是ECG信号处理的重点研究内容。提出一种基于扩散模型的ECG基线漂移信号去除法，通过对有基线漂移的ECG信号进行一系列的线性扩散，使这些信号接近于漂移的基线，从而分离出ECG信号，较好地保留了ECG主要波形的形状及其时程关系。利用合成信号的仿真结果显示，扩散模型可较好地将低频成分分离出来，且合成波的频率相差越大，其分离效果越好，显示其在ECG信号基线漂移去除中良好的应用前景。 2013 Vol. 32 (5): 631-635 [摘要] ( 366 ) HTML (1 KB)  PDF (698 KB)  ( 941 ) 636 多类运动想象脑电信号的处理研究 赵丽    郭旭宏*   耿丽清 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2013.05.019 基于运动想象的脑机接口具有不依赖外界刺激器的特点，但如何根据不同受试者自适应地提取出最佳特征是目前的难点之一。本文设计了基于LabVIEW平台的运动想象脑电信号采集系统，对五名受试者想象左手、右手和脚运动时的脑电信号进行采集；利用小波包分解提取μ节律和β频段，实现脑电信号的滤波；通过分析不同受试者的小波包节点的ERD/ERS比率，自适应地选出最佳特征时间和频段；组合最佳特征时间、频段的小波包能量和小波包熵作为特征向量，利用马氏距离分类判别。实验结果证明：利用ERD/ERS比率、小波包分解和马氏距离分类，算法简单快捷，平均正确率可以达到84.3%，较好的实现了三类运动想象分类，提高了系统的自适应性。 2013 Vol. 32 (5): 636-640 [摘要] ( 461 ) HTML (1 KB)  PDF (301 KB)  ( 935 )

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