基于支持向量机的步态识别新方法

为了能更好地提取步态识别参量，克服目前常用步态识别算法的不足，提出了基于频域特征提取与支持向量机（SVM）识别的新方法．首先提取下肢关节点的两维空间运动数据并进行离散傅里叶变换，然后在频域进行窗口滤波，提取中间频段的幅值和相位，以此作为步态特征识别量输入至SVM进行分类识别．使用中国科学院自动化研究所的步态数据库，分别以SVM和人工神经网络（ANN）进行识别，其正确识别率分别为84％-93％和77％-88％，表明本文的新算法具有更好的识别性能．

步态识别研究现状与进展

步态识别是生物特征识别技术中的一个新兴领域,它旨在根据人们的行走方式进行身份识别或生理、病理及心理特征检测,具有广阔的应用前景,因此引起了国内外许多研究者的浓厚兴趣,成为近年来生物医学信息检测领域备受关注的前沿方向。本文主要介绍了利用步态特征进行身份识别的基本原理与方法及其潜在的应用前景,分析了其国内外研究现状与存在的关键技术难点,并展望了其可能的发展趋势。

肱骨骨折重建及三维有限元分析

本文以肱骨横截面CT图像为解剖学基础,提取骨端面的几何形状,进行三维重建,建立肱骨的三维有限元模型。对于骨折断面与肱骨轴线成30°、45°、90°的情况,运用国际上通用的大型有限元分析程序ANSYS5.6进行计算,分析肱骨在轴向受压时的应力分布及大小,并应用骨重建理论分析所提供的力学环境讨论它对肱骨骨折愈合的影响,为肱骨骨折治疗提供理论依据。

步态特征精密提取与身份认证(英文)

为更有效地检测人体目标,弥补单一模型在步态特征提取中的不足,提出了基于双模型的步态特征精密提取方法,且构建了基于步态特征进行身份认证的门禁监控实验平台.首先从摄像机捕获步态视频输入计算机,发现人体目标后对其进行检测与跟踪;然后分割人体轮廓并将其规格化叠加处理获取步态特征图;为精确提取步态特征,将人体整体模型与简化模型相结合,提取步态参数作为识别参量输入支持向量机(SVM)进行分类识别,正确识别率(PCR)为77%～80%.结果表明该方法有助于步态特征的精密提取,且实验平台能较好地自动监控人体目标并进行身份认证.

基于人体轮廓面积特征的步态识别

为有效抑制观察视角及鞋帽服饰等外界因素的干扰,克服目前常用整体模型步态识别算法的不足,提出将人体轮廓面积特征与支持向量机分类器相结合的识别方法。该方法在步态序列图像的人体轮廓进行提取和规格化,将轮廓图叠加后进行网格式划分,提取轮廓单元模块面积作为步态特征识别参量。使用南佛罗里达大学的步态数据库,分别采用线性、多项式和径向基内核函数对5种不同外界因素条件下的数据进行实验,该方法的正确识别率为82%～100%,且对视角及鞋帽服饰的干扰不敏感,具有更强的鲁棒性。实验表明人体轮廓面积更能反映步态特征,将该面积特征与SVM分类相结合可以获得更好的识别性能。

记忆加压接骨器用于肱骨骨折时环抱支压力的估算与实验

目的 通过理论计算与实验测定记忆加压接骨器固定于肱骨时环保支提供的应力环境 ,为接骨器的进一步改进以及肱骨的受力分析奠定基础。方法 采用生物力学中的莫尔定理首先估算环保支的压力范围 ,然后选用压敏胶片进行实验测定。结果 计算结果显示环保支发生最大形变时提供的作用力为 2 4N ,与实验测定的最大压力 2 2 .6 8N十分接近。结论 压敏胶片对于压力敏感 ,可以根据颜色的变化判断压力水平 ,容易操作 ,且不影响接骨器固定于肱骨后环保支的变形 ,这就保证了实验的准确性。理论计算与实验结果基本一致 ,计算与实验均具有一定的可靠性。

记忆加压接骨器在肱骨骨折治疗中的生物力学分析

目的 分析接骨器对于肱骨骨折的愈合提供的应力环境 ,分折接骨器在骨折愈合过程中的应力遮挡效应 ,同时应用骨重建理论分析接骨器加压支提供的应力环境对于骨折愈合的影响。方法 运用三维有限单元法 ,对新型记忆加压接骨器以及肱骨分别进行三维有限元计算。结果 肱骨骨折段始终处于三向压应力状态 ,剪应力不会引起骨内部的剪切破坏 ,同时接骨器固定后肱骨产生的变形很小。接骨器在环抱支的腕部产生大的弯矩 ,产生的应力较大。结论 加压支提供的持续压应力使接骨器产生的应力遮挡效应消失 ,肱骨的压应力刺激在骨折愈合过程中不断得到改善。

基于多参数模型结合的步态特征提取新方法

为弥补单一模型识别能力的不足,削弱因步速、衣着、光照等变化的影响,提出小波分解(WD)、不变矩(IM)并结合骨架理论(ST)提取步态特征参数的新方法。其技术流程为:先分割出人体目标轮廓,并将其规格化叠加处理,获取步态特征图;再将小波分解与不变矩结合,提取含人体整体模型信息的矩参数;同时将步态特征图骨架化,提取含人体简化模型信息的骨架特征参数;最后将矩参数与骨架参数作为识别参量,输入支持向量机(SVM)进行步态识别。使用自建的天津大学红外步态数据库(TIGD)进行试验,其正确识别率为84%～92%。表明多参数模型相结合的方法有利于提取步态的本质结构特征。

基于人体红外辐射的身份识别新方法

为解决传统可见光成像在步态信息检测与身份识别中存在的诸多问题,提出了利用人体红外辐射成像及身份认证的新方法。首先将人体自身辐射的红外光转换为红外热图像,然后分割人体目标并将目标轮廓归一化,同时将轮廓序列叠加以获取红外信息能量图,再对其进行小波分解;提取红外信息能量图分解后的边界矩参数及骨架特征参数,以此作为特征参量输入支持向量机进行身份识别,正确识别率(PCR)为78%～91%,且识别效果不受人体携带外物(如背包、抱球)的影响,仅受衣着的影响较大。研究表明:基于人体红外辐射的身份识别有利于人体目标检测与精确描述。

天鹅型记忆接骨器治疗肱骨骨折和骨不连的三维有限元分析

目的 :研究天鹅型记忆接骨器 (SMC)治疗骨折和骨不连及其产生的动态记忆应力促进骨愈合的生物力学基础。 方法 :利用计算机仿真三维有限元技术 ,对 SMC固定肱骨的生物力学行为进行模拟 ,接骨器有限元模型共划分了 3 487个单元 ,节点数为 5 397,单元采用 2 0节点四面体三维砖块单元 ;肱骨有限元模型共划分 5 783个单元 ,节点数为 986 3,单元采用 10节点四面体三维单元。结果 :接骨器固定肱骨后其内表面受拉力 ,外表面受压力 ,变形最大的加压部第一结构主应力最大值分别为 2 2 4.5 MPa和 - 34MPa,远小于其极限应力与疲劳极限 ;其维持轴向的动态记忆持骨力为 12 5 .0 5 N,纵向动态记忆加压力 196 N;被固定肱骨应力分布均匀 ,各节点所受应力主要为正应力。结论 :SMC有良好的耐疲劳与重复使用性 ,其固定后产生的动态记忆加压应力场 ,有利于固定肱骨的稳定并促进骨愈合。

肱骨三维模型的构建及其生物力学意义

目的肱骨骨折治疗方法多样,但是常遗留严重的并发症如骨不连等,介绍肱骨三维模型的构建并探讨其相关的生物力学意义,以期为肱骨骨折、骨不连的治疗提供新思路。方法选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨三维模型。结果所构建肱骨三维模型,逼真反映肱骨真实解剖形态及生物力学行为,同时与CT切片图像对比以判断其精确性。结论肱骨三维有限元模型的构建,可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。

弓齿形状记忆接骨器记忆生物力学计算及实验研究

目的:探讨弓齿形状记忆接骨器的生物力学特性,为临床应用提供记忆生物力学依据。方法:采用莫尔原理计算弓齿形状记忆接骨器在骨折断面及周围所产生的应力并构建应力场;同时应用实验力学方法对弓齿形状记忆接骨器载荷形变进行测定。结果:生物力学计算求得弓齿形状记忆接骨器受力P和位移δ之间的关系为:P=13.69δ,实验测定发现弓齿形状记忆接骨器的受力与位移之间呈线性关系。结论:在弓齿形状记忆接骨器材料的弹性范围内,弓齿形状记忆接骨器的受力与位移之间呈线性关系,计算结果与测定结果相当一致。

桡骨远端解剖型记忆聚合器的记忆生物力学研究

目的研究桡骨远端解剖型记忆聚合器(anatomicdistalradiusNi-tinolmemoryconnector,DRMC)的记忆生物力学特性,为临床治疗提供记忆生物力学基础。方法20根湿桡骨尸体标本分别制作桡骨远端骨折模型,以DRMC及普通钢板(commonplate,CP)固定,采用生物力学测试及电测方法进行测试。结果DRMC环抱支产生的最大轴向环抱力为:12.82MPa,DRMC组与CP组相比,虽然屈服载荷相近,但是应变值明显小于CP组;CP组的屈服扭矩高于DRMC组(P<0.05),前者为(1.8±1.3)N·m后者为(1.4±1.1)N·m,两者之比为11.3,比较接近。结论DRMC固定桡骨远端骨折的记忆生物力学特性是:轴向环抱持骨有利于稳定,纵向加压及记忆效应的存在,可显著降低应力遮挡率,有利于促进骨折的愈合。

压敏胶片法在记忆生物力学实验中的新应用

目的:寻求记忆生物力学实验的新途径,探讨压敏胶片的生物力学特性及其在记忆生物力学实验中的应用。方法:利用生物力学实验装置,对待测试压敏胶片施加不同压力,得到不同颜色,分析比较颜色的灰度值,找出应力与颜色灰度值之间的关系。结果:对所得20组实验结果进行分析得到应力与颜色灰度值之间的关系,同时采用曲线拟和及最小二乘法得出应力与灰度值的对应关系式:yi=83.38816xi2-39244.89748xi+5199277.493。结论:压敏胶片法能够将动态的压力转化成静态的颜色灰度,在记忆生物力学实验中,选择合适的压敏胶片及工作环境,压敏胶片法将不失为一种较为理想的新方法。

桡骨远端解剖型镍钛记忆合金接骨器治疗桡骨远端骨折的生物力学特性

目的寻求桡骨远端解剖型镍钛记忆合金接骨器(anatomicinferiorextremityofradiusNi-tinolmemoryconnector,AIER-NTMC)治疗桡骨远端骨折的生物力学特性。方法采用虚功原理及莫尔方法,计算AIER-NTMC固定桡骨远端骨折时在骨折断面及周围所产生的应力并构建应力场。结果桡骨远端AIER-NTMC环抱支受力和环抱支端点处位移δ之间的关系:当接骨器产生8%的弹性变形时,由几何条件δ=4.17mm,P=24N,产生的压强为2.00～2.67MPa。结论AIER-NTMC在骨折线周围的应力分布合理,轴向持骨有利早期骨折端的固定,加压支纵向加压可明显降低骨折线吸收后的应力遮挡率。

肱骨骨折的三维有限元分析与内固定植入物的选择

目的探讨三维建模及有限元分析对肱骨骨折治疗的临床意义,为肱骨骨折治疗轴向加载提供一定理论依据。方法以肱骨横截面CT图像为基础,建立肱骨模型,利用ANSYS5.6软件进行计算,选取三维十结点四面体单元,共划分2729个结点、49041个单元,分析骨折断面与轴线成30°,45°,90°及X、Y、Z3方向固定时肱骨轴向受压的应力分布及大小。结果肱骨断面与非断面处应力差异较大,断面处应力较集中,且以断面为中心呈非严格对称分布,应力较大区域分布在距骨折部位10mm左右,是其它应力区的两三倍。结论肱骨骨折治疗中应视不同情况估算所需载荷大小以选择合适内固定植入物。

桡骨远端解剖型记忆聚合器治疗桡骨远端骨折三维有限元分析

目的:探讨桡骨远端解剖型记忆聚合器(anatomicdistalradiusNitinolmemoryconnector,DRMC)治疗桡骨远端骨折的记忆生物力学特性。方法:采用三维建模及有限元方法,分析计算DRMC固定桡骨远端骨折时在骨折断面及周围所产生的应力并构建记忆应力场。结果:桡骨远端DRMC持骨支产生轴向持骨力为14.66MPa,持骨支最大主应力值为40～70MPa,最小主应力值为3～7MPa,而加压支应力值相对较大,为20～40MPa。结论:DRMC在骨折线周围的应力分布合理,轴向持骨力有利于早期骨折稳定,加压支纵向加压及记忆效应的存在,可将被固定的废用段转化为生长段,促进骨折愈合。

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．

解剖型桡骨远端记忆聚合器的力学稳定性

目的:探讨解剖型桡骨远端记忆聚合器(anatomic distal radius Ni-tinol memory connector,ADRMC)的力学稳定性。方法:20根尸体湿桡骨标本分别制作成远端横断型骨折模型,以ADRMC或普通钢板(CP)固定,采用万能材料试验机和静态电阻应变仪进行环抱支轴向环抱力的测试和三点弯曲、扭转实验。结果:ADRMC环抱支产生的最大轴向环抱力为12.82MPa;三点弯曲实验显示,ADRMC组和CP组板对侧加压分别为(3.92±1.22)和(5.26±2.37)N·m,板侧加压分别为(3.32±1.14)和(3.14±1.06)N·m,侧方加压分别为(4.27±2.13)和(3.96±1.34)N·m;当扭转角度大于2°时,CP组的屈服扭矩明显高于ADRMC组(P<0.05)。结论:ADRMC在提供牢靠固定的同时,轴向环抱持骨有利于稳定,纵向加压及记忆效应的存在可显著降低应力遮挡率。

天鹅型记忆加压接骨器记忆生物力学实验研究

目的通过对天鹅型记忆加压接骨器(swan-likememorycompres-sionconnector,SMC)进行力学测定,分析相关记忆生物力学意义。方法分别选取成人尸体湿肱骨,制作骨折模型,包绕压敏胶片后以SMC固定,测定加压支和环抱支固定骨折时的应力值。结果环抱支与肱骨接触部位的应力范围是2.42～22.68N,而SMC加压支在骨折断面产生的应力较大区的压应力为13.6MPa左右。结论SMC的环抱支应力有利于固定骨折两断端,加压支在骨折断面形成的应力场有利于骨折的愈合。