体液及生物组织交流频谱特性测量系统

生物组织的电学性质 ,是我们认识生命物质的一个重要方面 ,对了解生命具有重要意义。但是 ,不同于非生命物质的测量 ,对生命物质的测量必须设计专门的测试电路仪器。为了更全面的了解体液及生物组织的交流频率特性 ,设计制作了一套更加符合对生命物质电特性测试的系统。系统采用了先进的测量方法、最新的专业电路和器件、以单片机为核心的测量控制、数据采集处理系统 ,使系统具有较宽的频率测量范围、阻抗测量范围、较高的测量精度和可靠性、较宽的测量适用对象、以及更智能化。另外 ,系统设计中还充分考虑了电测经生命物质带来的测量影响、在体 (invivo)和离体 (invitro)测量的时间影响等。系统在实际测量中获得了很好的实验结果 ,为生物组织电学性质的研究提供了一种更合理、更准确、更全面的手段。

信息时代口腔医院新技术集成策略探讨

本文针对口腔医院新技术引进、应用及配置过程中存在的问题,结合口腔医院新技术整合现状进行讨论,提出了面向工作流的集成优化解决方法,为口腔医院的新技术合理集成提供参考。

下颌骨骨折虚拟手术培训系统研究

针对下颌骨骨折手术操作技能要求高的特点,使用Unity3D和HTC VIVE进行用于培训和术前模拟的虚拟手术系统的开发。将虚拟手术系统分为三维模型模块、光照系统模块、交互系统模块和手术室瞬间移动模块,对下颌骨骨折手术的场景、交互和手术过程进行模拟。结果表明此虚拟手术系统具有良好的真实感、沉浸感和交互性,能有效引导操作者完成手术流程,达成进行手术训练、模拟的目的。

组织工程生物反应器及其仿生力学环境探讨

组织工程生物反应器是在体外造就一个与体内相似的环境,加速培养细胞、组织乃至器官的系统,可广泛应用于如器官缺损患者替代、构建、保持或增强其组织功能,以及生物制药等领域。生物反应器作为组织工程中重要的功能型载体,已成为当前研究的热点。目前,生物反应器主要是从空间三维培养、生物力学、传质、培养环境(pH、PO2等)和物理因素(电场、磁场、超声)等方面开展研究。本文着重从力学环境的角度探讨了各种组织工程生物反应器,并在此基础上介绍了我们从仿生角度所分析、综合、设计的旋转壁式生物反应器,以及优化细胞生长力学环境的思路。

基于相位信息的乳腺超声图像水平集分割

目的基于相位信息改进距离正规化水平集演化(DRLSE)模型的速度收敛项,改善对乳腺肿瘤超声图像的分割效果。方法首先,利用Log-Gabor滤波器组对图像进行频域滤波,得到一组基于相位信息的特征图。其次,在相位一致性的基础上,求出乳腺超声图像经高斯噪声补偿后的最大方向能量相位PC(M),并采用细节保留各向异性扩散滤波(DPAD)模型对PC(M)降噪,减少斑点噪声的干扰。最后,选用Sigmoid函数,将滤波后的PC(M)作为其自变量,以替换DRLSE模型中的速度收敛项。结果采用改进后的模型对多幅临床乳腺肿瘤超声图像进行分割,分割结果显示基于相位信息的正规化水平集演化(PB-DRLSE)模型在相似性(SI)、真阳性(TP)和假阴性(FN)方面均优于原始DRLSE模型(P均<0.05)。结论本研究提出的分割方法较之原始模型对乳腺肿瘤超声图像的分割更为优越。

组织工程生物反应器的力学环境特点

组织工程学是一门以细胞生物学和工程学为基础,应用工程学和生命科学的原理,开发器官缺损患者所需代替物,并构建和保持或增强其组织功能性的一门交叉学科。生物反应器作为组织工程中非常重要的工具,目前主要是从生物力学问题、三维空间培养问题、传质问题、培养的环境条件问题(pH、氧张力等)和物理因素(电场、磁场、应力场)等方面开展其研究。本文作者主要从生物力学角度介绍组织工程生物反应器研究的最新进展,重点探讨组织工程生物反应器的力学环境。

基于多波长光电容积脉搏波采集系统的连续血压测量方法

为解决目前在国内外高血压诊断中难以实现连续血压监测的问题,在现有光电容积脉搏波测量血压的研究基础上,提出了一种基于多波长的光电容积脉搏波监测血压的方法。首先,基于不同波长的光穿透能力不同的理论,以红外、蓝、黄、绿四种波长光LED阵列结合光电接收管构成采集前端,收集人体皮下不同层的脉搏原始信号,经过微处理器采样后在上位机保存和处理;然后,使用数字滤波的方式和一阶微分的方法对信号作去噪处理和比较得到不同波长的光对应的光电容积信号之间的传导时间差信息,由脉搏波与血压的关系得到多波长光电信号传导时间差与血压的关系;最后,设计实验得到30例被测者的多波长脉搏波信号,将从信号中得到的传导时间差结合心率与标准电子血压计测量计算的平均血压值结果做拟合得到R值为-0.833 03的拟合曲线。对30例样本的舒张压及收缩压进行了预测,其中收缩压预测值与实际值之间的R值为0.932 2,舒张压预测值与实际值之间的R值为0.846 8。实验结果表明,由多波长光电容积法信号之间得到的传导时间差信息与血压有相关关系,可以用多波长光电容积信号的传导时间差作为传统光电容积法脉搏传导时间的替代,但由于样本特征的局限性仍然在个体的差异性诸如肤色等特征研究上存在不足。与主流的无袖带血压测量方式相比,基于多波长光电容积法测量血压连续性好、便携性高,在可穿戴生理参数测量设备中具有广阔的应用前景。

基于现场可编程门阵列同步心电心音采集系统的设计

背景:基于现场可编程门阵列的信号处理方法综合了软件算法和专用集成电路的优点,将逐步取代专用集成电路(ASIC)和单片机应用于数字信号处理领域。目的:介绍一种基于现场可编程门阵列的实时心电、心音同步采集系统设计,实现心电心音采集及其波形在LCD上实时显示,同时通过心音同步播放,提供一种观察心电心音和听诊相结合的诊断方式。方法:该系统采用内嵌软核的FPGA作为硬件系统的核心,应用硬件描述语言进行了结构化设计,完成对心电心音信号的实时采集、数据处理、数据传送和显示。结果与结论:与基于单片机的采集系统相比,不仅减少了外围电路复杂度,还提高了系统的集成度和性能。

血液电频谱特性的测量

为了更全面的了解血液的低频电频谱特性,利用我们所研制的比较法宽频组织、血液电特性检测系统对血液及不同组成、状态等在1Hz～2 0 MHz范围内的幅频特性和相频特性进行了测量。实验结果的进一步分析表明,通过血液电频谱特性的认识,可以帮助我们从一个全新的视角去了解血液、分析血液乃至更微观层次的一些重要性质;同时,指出了现在生物组织、血液等效电模型存在的一些问题及改进的思路。(1)从1Hz～5 KHz范围血液电阻抗下降了99%。(2 )简单的血液电阻、电容等效电路只能是串联等效而非被常用的并联等效。(3)实验表明,血液的等效电路还应进一步分析,因为简单的R、C等效仍有很大误差。(4)为研究探讨血细胞内液电阻、细胞膜电容和细胞外液电阻的三元件模型,在测量时三频率必须非常接近。

血液组成交流电特性的研究

对人体血液及不同组成、生理和病理(糖尿病)状态的电频谱特性(幅频特性和相频特性),在1 H z^20MH z范围进行了检测分析。血液组成中电阻抗血清最小,其次是血浆、全血、红细胞最大,负相移基本满足血清最大,其次是血浆,全血,最小是红细胞。但问题是血清、血浆中恰无细胞、细胞膜,何来容性效应最大呢;糖尿病属内分泌(血液改变较明显)疾病,糖尿病患者血液电频谱特性有明显且典型性改变:血液电阻抗下降(低频端更显著),负相移增加(高频端更明显)。表明糖尿病人的血液交流导电性增加主要是容性导电的增加,应与红细胞膜变化,红细胞变形能力和聚集性改变相关。相关实验表明,血液电频谱特性的研究,使我们有可能利用电学强有力的理论和手段,从另一个视角去认识血液的一些重要性质,并和其它一些检测分析方法相互补充和印证。

人体个性化模型快速构建及骨骼匹配与运动仿真

目的提出一种基于人体数据及Poser模型的人体个性化模型的建立方法,并以此实现快速骨骼匹配和运动仿真。方法首先,采用人体MR扫描数据通过体绘制重建人体模型;其次,提取人体模型表面数据,建立OBJ格式的个性化人体三维模型,并根据个性化人体三维模型对Poser中动态模型进行尺寸修改;最后,为实现人体骨骼在运动空间的个性化匹配,提出采用层次传递参数化方法快速在局部寻找特征点及特征参数,并以此作为约束修正骨骼模型尺寸。结果通过人体MR扫描数据,结合Poser软件,能够方便、快速地建立个性化人体体表模型并实现相应的骨骼匹配,最大程度地符合人体实际情况。通过在Poser程序中设置模型的动作姿势,能够直观地对运动状态下参数化的骨骼模型进行观察。结论该方法可在无法得到精确人体骨骼数据时快速地对人体骨骼进行个性化匹配及可视化运动仿真,为临床医学创伤修复等领域的人体骨骼模型的建立提供一定的参考依据。

改进快速独立成分分析在胎儿心电提取中的应用

背景:胎儿心电图是反映胎儿心脏电生理活动的一项客观指标,获取的胎儿心电图受到母体心电的干扰,如何快捷、有效提取出胎儿心电成为重要的研究课题。目的:用改进的快速独立成分分析算法更快速、准确地将胎儿的心电从母体的心电信号中分离出来,以便更准确研究胎儿心电检查胎儿健康状况。方法:建立加入松弛因子和接近性度量函数的快速独立成分分析算法,旨在观察改进后的算法与原始快速独立成分分析算法在分离母体胎儿心电信号时速度和准确性上的区别。结果与结论:实验结果表明,改进后的快速独立成分分析方法能快速、有效从观察到的胎儿心电混合信号中分离出胎儿心电信号,且同时保留了其他信号。

稳定黏附的白细胞与血液流动的耦合作用

提出了血液流动与牢固黏附的白细胞之间发生耦合作用的理论模型,根据计算流体动力学方法推导血流作用下白细胞的变形指数、表面应力、压力分布。在此基础上,用激光多谱勒测速法对上述模型进行实验研究。结果表明,白细胞的变形随初始接触角、血流雷诺数的增大而增大;同时,血流引起细胞表面的应力和压力重新分配,但最大剪应力总是位于细胞表面的顶点。由此推测,细胞表面应力分布的不均一可能对细胞的形态与功能变化有重要影响。

下颌骨拼接与导板设计的力反馈虚拟手术研究

传统的颅颌面术前规划与手术训练缺少力的触觉反馈,导致医生在手术建模与导板设计的过程效率低下。针对提高医生术前规划效率和训练的效果,设计了一种基于力反馈的颅颌面虚拟手术仿真平台。该系统采用力反馈机制与碰撞检测机制,能够对模型进行选取并移动而达到对下颌骨精确拼接的效果,同时能够设计出相应的导板。实验结果证明使用该平台进行颅颌面手术术前规划和导板设计更有效率,仿真结果的实时性和真实性也较高。

基于区域生长超声图像分割血管边界反映血管病变

背景:通过分析超声血管图像能反映血管的病变情况。目的:采用区域生长理论对超声图像进行图像分割,分析边界点的相对位移。方法:先对视频图像分帧,将动态图像转换为静态图像,采用Gabor滤波、自适应直方图量化去除超声图像噪声,然后运用区域生长法对图像做分割,接着通过开闭运算、sobel算子检测图像边界,最后提取出两条血管边界。结果与结论:通过Gabor滤波、区域生长法等手段,得到了比较好的分割结果。区域生长法在处理速度上满足了实时性要求,具有一定的通用性。并且通过分析边界点的相对位移曲线,一定程度上反映血管的病变。

基于小波的磁共振图像聚类分割

目的利用直方图自适应确定人体不同部位MRI的聚类类别的数目和相应的初始聚类中心,实现模糊-c均值聚类算法(FCM)分割的自适应。方法首先采用小波变换拟合直方图的平滑包络线,降低噪声对寻找包络线极值的影响;其次根据微积分的知识求出包络线极大值的个数,按照文中给出的法则对包络线的极大值进行筛选,确定直方图中峰值的个数;最后以直方图中峰值的个数为聚类类别数,以相应的峰值为初始聚类中心,对MRI进行FCM分割。结果采用该方法对多幅腹部和脑部MR图像进行分割,均能有效地自适应确定聚类的个数。结论本文方法能够有效、准确地确定不同MR图像的聚类类别的个数,实现FCM的自适应。

分形理论在天线技术中的应用

文中针对分形的独特特征—自相似性(或自仿射性)和空间填克性,论述了将其运用于天线设计中。与传统的天线相比,在保持相同性能的条件下,这种天线有两个突出的优点:天线尺寸缩减和多频带性。文章还分析研究了分形几何在天线阵列设计中的应用,并探讨了分形理论在天线研究中的发展趋势和需要解决的问题。

基于MATLAB的交通信号灯识别方法

对交通灯的识别主要基于对交通灯的色彩及形状特征。基于信号灯的亮度对其进行分割、提取,并设置了一种自动最优选择阈值的方法。再由HIS彩色空间的H信息识别颜色。最后根据二值化的交通灯的横坐标和纵坐标方向的投影进行形状匹配识别。

生物材料频域电特性建模及实验

在100Hz～10MHz范围内,采用自制的电极和测量系统,研究了蛙皮肤、蛙骨骼肌、三蒸水和0.9%NaCl液的频域电特性。实验结果显示:0.9%NaCl溶液液阻随频率变化很明显,与蛙骨骼肌和皮肤有相似的特性,而三蒸水的液阻随频率变化不显著。0.9%NaCl溶液的频率依赖性说明在这一系统中,电极对系统的贡献是不可忽略的,需要建立基于共面电极系统的等效电路模型。研究表明,新的五元件等效电路模型考虑了电极与生物组织间的相互作用,是一种合理的研究生物材料电特性的等效电路模型。

自适应带宽均值漂移脑部磁共振成像肿瘤分割

为了得到均值漂移的自适应带宽并更精确地分割出脑部磁共振成像(MRI)的肿瘤,本文提出了一种改进的均值漂移方法。首先利用脑部图像的空间特征去除MRI图像中的头骨,消除头骨对分割的影响;然后根据脑部不同组织(包括肿瘤)在空间上集聚的特征,利用边界点得到优化的初始均值以及相应的自适应带宽,从而提高肿瘤分割的精度。实验结果表明,与固定带宽均值漂移算法相比,本文方法分割肿瘤更为精确。