基于脑电Alpha波的脑-机接口控制实验

对脑电alpha波阻断现象的识别提取与家用电器遥控装置的结合进行了研究,以探索实时脑机接口(brain-computer interface,BCI)系统的可行性．对5～12名受试者进行睁闭眼实验并记录其动态脑电数据,提取al- pha波阻断现象发生过程的关键参数．在实时操作平台上对受试者进行4组遥控器按键操作的组合实验,以考察系统的响应速度与指令传递的准确率．总结出了Alpha波阻断现象对应的阈值电压经验计算公式,并建立了以最大噪声背景电平作为甄别开关动作真伪的判据原则．结果显示该系统具有较高的控制成功率和稳定性,表明实时脑机接口系统具有潜在的临床应用价值与研究前景．

SVM算法及其在乳腺X片微钙化点自动检测中的应用

支持矢量机(SVM)是一种新的统计学习方法,其学习原则是使结构风险最小,而非经典学习方法所遵循经验风险最小原则.这使得SVM具有更强的泛化能力.并且,由于SVM求解的是凸二次优化问题,使之能保证所找到的极值解就是全局最优解.本文首次将SVM算法用于乳腺X影像微钙化点自动检测中,对临床实际病例的试用结果表明,同目前常用的基于经验风险最小的人工神经网络(ANN)分类方法相比,SVM具有更高的识别率,值得应用推广.

基于脑电特征的多模式想象动作识别

对不同部位肢体想象动作诱发的脑电特征进行辨识,并提取出对应的思维信息,这是实现脑-机交互的经典方法之一,传统的左、右手双想象动作诱发模式下信息转化效率较低,引入多个肢体部位想象动作的多模式转化方法可望改善这一缺点.采用二维时频分析结合Fisher分析的方法,从典型受试者的多模式想象动作脑电信号中提取出有利于分类识别的事件相关去同步化和同步化特征信息,再使用支持向量机建立双层分类器对多模式想象动作进行分类识别.本方法对于4种不同肢体部位的识别可以达到较高的正确率(85.71%).结果表明,多模式想象动作的诱发脑电特征信息具有明显的空间特异性,可以用于脑-机交互思维任务的识别和提取,值得进一步研究.

ICA去除EEG中眼动伪差和工频干扰方法研究

眼动伪差和工频干扰是临床脑电图 (EEG)中常见噪声 ,严重影响其有用信息提取 .本文尝试采用独立分量分析 (IndependentComponentAnalysis,ICA)方法分离EEG中此类噪声 .通过对早老性痴呆症 (Alzheimerdisease,AD)患者临床EEG信号 (含眼动伪差和混入工频干扰 ,信噪比仅 0dB)作ICA分析 ,比较了最大熵 (Infomax)和扩展最大熵(ExtendedInfomax)ICA算法的分离效果 ,证实虽然最大熵算法可以分离出眼动慢波 ,但难以消除工频干扰 ,为此需采用扩展的最大熵算法 ;并知ICA方法在极低信噪比时也有较好的抗干扰性 ,且在处理非平稳信号时有好的鲁棒性 ;文中还结合近似熵 (approximateentropy ,ApEn)分析说明利用ICA去除干扰后有助于恢复和保持原始EEG信号的非线性特征 .研究结果表明ICA方法在生物医学信号处理中具有潜在的重要应用价值 ,值得深入研究和推广 .

基于热释电红外信息的人体运动特征提取与识别

运动人体辐射的红外信号中包含步行姿态及体貌特征等信息,热释电红外(PIR)传感器能够探测人体发出的红外线,在有效范围内实现运动人体的检测.对利用表面安装有菲涅耳透镜的PIR传感器探测人体行走时的红外辐射进行了研究,采用主成分分析(PCA)方法对不同对象、不同速度的频谱数据进行特征提取,并使用支持向量机(SVM)方法进行分类识别,最高识别正确率达到85.38%.研究结果表明,利用PIR传感器获取人体运动信息,并将来自不同对象、不同速度的频谱数据用于分类的方法是可行的.该研究可为安全级别较低场所的生物特征识别提供一种新的低成本的解决方案.

癫痫脑电特征波的综合检测分类方法研究

本文将小波变换、人工神经网络、专家规则判据等多种检测方法有机地结合起来 ,用于癫痫脑电特征波的检测与分类 ,以充分发挥不同方法的优势。这种综合检测分类方法是先将预处理的多导脑电时间序列经小波变换将脑电中癫痫特征波在不同尺度下分离出来 ,再对选出的癫痫嫌疑波进行特征参数提取 ,然后把特征参数送入已经训练好的人工神经网络进行分类识别 ,最后再由专家规则判断筛选并作出检测分类统计报告。研究表明 ,该方法具有很好的信号特征提取和屏蔽随机噪声能力 ,获得了较好的检出率 ;尤其适合于非平稳、非线性生物医学信号的检测分类 。

基于ICA与PSD的ERD/ERS信号检测

介绍一种基于独立分量分析(ICA)空间滤波结合功率谱密度(PSD)曲线分析法用于提取大脑在想象动作时产生事件相关去同步/同步(ERD/ERS)信号的方法.其检测流程为:先对想象动作诱发的脑电(EEG)信号进行ICA分解得到独立分量与相应的解混矩阵,再按特征频段取其主要分量得到滤波后数据,然后采用短时傅里叶变换计算相关导联EEG信号在特征时段与频段的PSD曲线,引入ERD/ERS系数作为量化指标以进行想象动作的识别.计算结果表明,上述方法能够显著增强运动想象脑电信号的ERD/ERS特征信息,且通过实际分类验证,采用该方法可以获得更高的识别正确率,较传统信息检测方法平均提高8%以上.

新世纪生物医学工程本科教改的思考与实践

本文介绍了根据新世纪条件下人才培养要求,近年来在修订新世纪生物医学工程本科教改计划时把培养学生的创新精神和实践能力放在首位;以优化知识结构、提高综合素质为指导修订教学方案、调整课程结构;以国内外知名大学为蓝本修订主干课程设置,增开前沿选修课,办出专业特色;安排大型综合课程设计和实践训练,形成研究型、综合型的教学体系和培养模式;加强专业教师队伍建设的实践与体会,希望对高校创新教育和人才培养有所启发.

水冷式微波偶极子辐射器在生物介质中的温度分布研究

偶极子辐射天线在生物介质中近场辐射及温度特性对腔道微波热疗有重要实用意义。本文在腔内水冷式微波偶极子辐射器近场辐射模型和比吸收率计算工作基础上［１］，求解相应的生物介质热传导方程，得到了水冷式腔道辐射器在生物介质中的温度分布。计算表明，水冷可改善热区温度分布，主要使径向最高温度点由无水冷时贴近辐射器壁向组织深部迁移（本文示例达６ｍｍ以远）；径向治疗深度比无水冷时向组织内部延伸；相应的治疗体积则比无水冷时增加（约３９％）。若采取先用小功率、无水冷加热，后用大功率、有循环水冷的二步加热程序，则总有效治疗体积可比完全无水冷时扩大１．２４倍。本文计算结果与相应的等效肌肉体模实验及热疗临床经验相符，为腔道水冷式微波辐射器的研制设计和临床应用提供了参考依据。

两极板电容式射频热疗中比吸收率分布的模拟计算和体模实验研究

温热疗法治癌时，单位质量生物组织所吸收的加热功率，即比吸收率分布，是检验其热场优劣和能否获得较好疗效的主要判据。本文用有限单元方法对两极板电容式射频热疗中比吸收率二维分布作了在均匀肌肉组织和不同尺寸电极条件下的模拟计算分析，其结果与均匀等效肌肉体模实验基本相符。

水冷式微波偶极子辐射器在生物介质中的SAR分布计算

本文从电磁场理论模型出发，分析地腔内水冷式微波偶极子辐射器在生物介质中的近场辐射特性，计算得到有水冷时的比吸收率（ＳＡＲ）分布形态．与无水冷时的ＳＡＲ分布比较表明，水冷可改善热区分布，增加治疗深度．该结果与工程经验和临床实际基本相符．

应用ROC曲线优选模式分类算法

不同模式分类算法具有性能各异的特征参数及识别效果,至今缺乏普适的评估和优选方法．文中尝试将临床诊断受试者操作特性(receiver operation characteristic,ROC)曲线应用于人工神经网络(artificial neural network,ANN)的参数优化与支持矢量机(support vector machine,SVM)的性能比较．试用结果表明,ROC曲线能兼顾灵敏度和特异性要求以综合评价分类器的识别性能；ROC曲线下面积作为量化指标可以直观有效地帮助优选分类阈值和比较不同分类器的性能优劣,值得推广应用于各种模式分类算法的科学实践．

射频电容热疗温度场的参数优化研究

根据高温治癌中对肿瘤组织靶区加热温度和避免正常组织过热的要求,引入加热治疗目标函数和有关权重系数,应用有限元法求解电磁场方程和生物传热方程,通过遗传算法迭代修正加热物理参数,使目标函数达到极小值,获得达到热疗理想热场分布的优化解.以两电容射频热疗装置为例,使用基于人体X光断层扫描的非均质组织模型,经仿真计算获得了较满意的优化结果.这种人体内温度场优化控制方法将对肿瘤热疗学研究有重要的科学意义和应用价值.

三极板电容调相式射频热疗中比吸收率分布的模拟计算研究

热疗装置中比吸收率分布是检验其热场优劣和能否获得较好疗效的主要判据。本文首次用有限元方法对三极板电容调相式射频热疗时在均匀肌肉组织中比吸收率二维分布作了在不同电极相位分配条件下的模拟计算分析。模拟结果表明，与两极板电容热疗装置相比，三极板电容调相式有较好的比吸收率分布调整潜力。该研究对三极板电容调相式射频热疗临床选用电极功率和了解相应的热区形态有指导意义。

基于大脑皮层信息传输的脑电信息图示方法

提出一种基于大脑皮层信息传输的脑电地形图示方法—脑电信息图（Ｂｒａｉｎ ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭａｐｐｉｎｇ － ＢＩＭ） 。其原理是从不同导联电极上采集脑电信号经相空间重建构成头皮电位信息传输矩阵， 将各导联信息传输时间序列的信息传输量和复杂度数据绘制成头皮拓扑分布图， 以直观地反映脑电信息传输分布模式在不同时相中的变化进程。该方法不仅是从新的角度观察大脑功能变化， 而且可克服传统的脑电频谱分段地形图不能表达长程脑电模式变化的不足。对局限性癫痫病患者的试用表明，脑电信息图能较好地反映癫痫发作前后的信息传输动向和复杂度（Ｋｃ 、Ｃ１ 、Ｃ２） 的变化趋势。结果提示，脑电信息图（ＢＩＭ） 有可能成为一种新的观察大脑功能活动的图示诊断方法，值得进一步深入研究。

用于肢体运动系统的神经假体研究进展

介绍一种基于功能性电刺激(FES)技术、用以恢复上下肢体运动功能的神经假体的发展概况和用于脊髓损伤、中风等康复临床中存在的问题,并展望其前景。

基于阻抗匹配与相位补偿的心电检测工频抑制

为有效抑制影响电生理信号检测质量的工频干扰,以心电检测为例,提出了皮肤电极阻抗自动匹配与右腿驱动信号的相位补偿相结合的新方法.其技术流程为:先通过皮肤电极阻抗自动补偿电路,采用逐次逼近优化算法实现阻抗自动平衡;再对右腿驱动放大电路的输出信号进行模数转换和滤波网络反馈处理以补偿其相位.实验证明,皮肤电极阻抗补偿可以将工频干扰降至2/3;改进右腿驱动电路后可将干扰进一步降至1/2.两者结合可将心电信号中工频干扰最终降至1/3.

用于功能性电刺激精密控制的BP神经网络整定PID算法(英文)

为解决功能性电刺激(FES)的电流强度精密控制问题,使电刺激作用效果能准确完成预定的功能动作,利用3层误差后向传递(BP)人工神经网络来整定传统的比例微积分(PID)控制器参数.根据下肢膝关节运动角度准确、稳定、实时地反馈控制FES系统刺激电流强度,并通过PID整体控制过程中偏差的均方根(RMS)值及实际运动轨道与预期运动轨道的偏差值评估其控制效果.实验结果表明:与传统的Ziegler-Nichols整定PID算法相比,新方法控制下的FES系统刺激电流强度偏差可以维持在相对更低的范围内,使膝关节运动轨迹与预设目标更好地吻合,从而保证更为稳定的康复训练效果.

基于综合处理方法的乳腺X影像中微钙化点检测新技术

针对目前乳腺X线影像中微钙化点的计算机辅助检测普遍假阳性较高的难点 ,提出一种能发挥差值、小波及神经网络等多种技术优势的综合处理检测方法。对临床实际病例 (10名患者 ,2 44个微钙化点 )的试用结果表明 ,与单纯使用上述检测技术比较 ,该方法不仅操作简单 ,且具有较高的检出率 (TP达 93 % ) ,同时还明显地降低了假阳性 ,值得深入研究。