组织仿体的光学特性对糖信号检测灵敏度的影响分析

由于经人体组织的传输光子携带的血糖信号非常微弱,近红外光谱法测量血糖的灵敏度不高,难以获得较高的准确度。因此通过优化测量波长、测量距离等尝试提高测量灵敏度的研究一直在进行。然而,这些研究多倾向于关注血糖引起的组织吸收系数和散射系数的变化,而忽视了不同部位组织本身的光学特性对灵敏度的影响,缺乏比较不同部位之间的灵敏度差异。实际上,组织本身的光学参数会通过影响光程来影响吸收变化、散射变化作用于光强变化的系数的大小,因此,综合考虑上述两方面的因素后确定出的血糖测量灵敏度是更合理的。为了探究这种综合作用,选取2%、5%、10%和20%四种浓度的intralipid溶液作为人体组织仿体,通过蒙特卡洛模拟的方法,探讨了在1000~1660 nm波段,四种溶液中糖的吸收作用、散射作用和两者综合作用下的糖灵敏度,以及各部分灵敏度与其本身光学参数的关系。结果表明,在散射系数最大的20%intralipid溶液中检测到的糖信号也最强。据此,该研究将为部位优选提供依据,以获得较大的糖灵敏度。同时,对1000~1660 nm波段内的糖信号进行分析,发现在1000~1350 nm波段,糖引起的吸收作用基本可以忽略,信号的差异主要来自于散射的变化;而在1350~1660 nm,散射和吸收共同作用,其中散射的贡献大于吸收,散射最优的测量波长在1450 nm附近;而考虑散射和吸收的共同作用时,最优的测量波长在1400 nm附近。最后,为了验证理论分析的有效性,对四种溶液进行了实验,采用了1000~1660 nm波段中的六个典型波长,结果表明四种溶液中糖信号最大的检测波长均为1409 nm,且在20%intralipid中的糖信号灵敏度最大,说明实验结果与理论分析吻合较好。综上,该研究可为人体无创血糖检测合适的测量部位、合适的波长选择提供借鉴。

核心肌群穴位埋线对卒中后下肢运动功能的影响

目的 观察核心肌群穴位埋线配合内科基础治疗及康复训练治疗卒中后下肢运动功能障碍的临床疗效。方法 将68例卒中后运动功能障碍患者随机分为观察组和对照组,每组34例。对照组给予内科基础治疗及常规康复训练,观察组在对照组基础上加用核心肌群穴位埋线治疗。观察并比较两组治疗前后患侧Fugl-Meyer下肢运动功能评分、患侧下肢肌力及静息状态下腹直肌厚度。结果 两组治疗后患侧Fugl-Meyer下肢运动功能评分较同组治疗前显著上升,患侧下肢肌力显著改善,静息状态下腹直肌厚度显著增加,差异均具有统计学意义(P<0.01,P<0.05)。两组治疗后患侧Fugl-Meyer下肢运动功能评分、患侧下肢肌力及静息状态下腹直肌厚度比较,差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论 在内科基础治疗及常规康复训练的基础上,核心肌群穴位埋线能显著改善卒中后下肢运动功能障碍患者的下肢运动功能。

二维相关光谱法及其在蛋白类物质分析中的研究进展

二维相关光谱法是将特定形式的微扰作用于样品,通过测定一系列扰动作用下的动态光谱,结合数学相关分析,获取与样品中分子结构及作用力相关的二维相关谱特征。该方法主要基于分子振动光谱,将一维光谱扩展到二维空间,能有效提高光谱分辨率,从而识别原始光谱中重叠的分子振动变化特征,为研究分子内及分子间的化学键变化提供依据,在生物医学、药学、食品科学、环境科学以及高分子材料等领域应用广泛。自1986年Noda提出广义二维相关算法以来,二维相关光谱衍生出了投影二维相关、串联二维相关、基于模型的二维相关、异质谱二维相关、移动窗口二维相关等算法。随着近年来生物技术的迅速发展,多肽、蛋白质、酶等蛋白类物质由于参与人体重要生理化学反应过程,对其结构(尤其是高级构象)的分析是研究蛋白类物质质量及疗效的关键。二维相关光谱方法为生物医药中蛋白类物质结构研究提供了快速、无损的定性定量分析方法,可分析蛋白质类物质高级结构中的细微变化,为生物大分子药物机制机理研究提供有力的支撑。综述了二维相关光谱技术的基本原理、谱图解析方法和技术进展,以及其在蛋白类物质分析中的应用方向和前景,为相关领域研究人员应用二维相关光谱法开展蛋白类物质的结构和分子间相互作用等研究提供参考。

基于双光谱二维相关谱的葡萄糖溶液温度扰动分析方法研究

在近红外光谱分析应用中,温度扰动导致的光谱变化对于定量分析的准确度影响较大。针对温度扰动识别及定量分析的需要,研究了基于双光谱二维相关谱(2T2D-COS)的光谱扰动分析方法。选择葡萄糖水溶液为样本,根据人体血糖浓度范围和在体组织温度范围设计实验,测量样本在浓度扰动和温度扰动下的透射光谱。对其进行基线校正和滤波预处理后,通过2T2D-COS分析得到浓度扰动和温度扰动下的异步谱。结果表明,温度扰动引起的交叉峰出现在强氢键结合水对应的特征吸收波长(1474 nm)和弱氢键结合水对应的特征吸收波长(1410 nm)附近,而葡萄糖浓度扰动引起的交叉峰出现在水分子对应的特征吸收波长(1450 nm)和葡萄糖分子对应的特征吸收波长(1595 nm)附近。为了定量分析样品温度,进一步提取了温度扰动异步谱交叉峰1410 nm波长下的切片谱,其在1410~1600 nm波段的相关峰强度随温度的升高而增大,与样品温度之间具有较好的相关性;选择波长(1475±4)nm范围内的切片谱,对谱峰强度积分后进行线性拟合,建立样品温度的线性回归模型,对温度的预测均方根误差可以达到0.1259℃。以上结果表明,双光谱二维相关谱只需要对两条光谱进行运算,就可以通过异步谱中交叉峰的位置判别扰动来源,还可以根据交叉峰的强度对温度进行定量分析,且只需要较窄特征波段的光谱就可以建立高精度的温度预测模型,为简化在体光谱测量系统的设计,减少在体温度变化的影响提供了重要参考。

“神奥会”来也

“中国加油,中国加油!”我正观看奥运会直播,突然灵机一动:如果那些能腾云驾雾的神话人物参加奥运会,会是怎样的场面呢?我闭上眼睛冥想,不一会儿,便来到了“神奥会”的比赛现场。大家都给我一种似曾相识的感觉:这是人头蛇身的女娲,那是力大无穷的盘古;近处的是炎帝神农,不远处的是治水的大禹……中国神仙打擂台,比赛一定很精彩!

小型三维力传感器弹性体设计与分析

小型感知设备要求传感器体积小、灵敏度高、维间耦合小。以小型仿生机器人指尖力学感应为应用目标,设计了一种小型三维力传感器弹性体,属于悬臂型双孔平行梁弹性体结构。将平行梁与悬臂梁结合,进行结构优化,使这一弹性体可用于小尺寸、高精度的应力处理,且测量量程可通过改变双孔平行梁厚度和宽度进行调节,具有广泛的适用性。应用ANSYS软件进行弹性体力学特性仿真分析,结果表明,弹性体具有较高的精度、较强的抗横向偏载能力和物理解耦能力,能够保证小型三维力传感器的测量准确性。

热轧圆钢直径的在线检测中温度场影响的实验研究

本文对在热轧圆钢直径的光学非接触检测方法中、因圆钢周围温度场导致光线偏折而产生的测量误差进行了分析。提出了减小该项误差的方法。用干涉法测量了高温圆钢周围的温度场,给出在自然对流状态下中等尺寸圆钢周围温度场的分布规律;并用数值计算方法得出了光线在该温度场中传播的轨迹;建立了沿不同方向测量圆钢直径时、光线偏折误差的修正函数。最后,对光线偏折的数值计算结果(角偏移)用干涉法进行了精度对比。初步进行了热轧圆钢直径测量的误差修正实验,得出了若干结论。

脉搏波时域特征与血压相关性的研究

目的基于脉搏波的原理和动脉弹性腔理论,研究脉搏波的时间参数、面积参数、主波高度、上升沿平均斜率等参数与血压之间的相关性,确定出相关性较好的参数,为利用脉搏波特征参数检测血压提供理论依据。方法通过高血压患者口服降压药;健康个体运动改变血压,在相同时间间隔内,采集血压以及对应时刻的脉搏波,分析脉搏波时域特征参数与血压之间的相关性。结果血压与脉搏波主峰高度H、波形特征量K、面积参数和时间参数线具有较好的相关性。结论血压与脉搏波特征参数之间存在特定的相关关系,提供了利用脉搏波特征参数检测血压的理论依据。

基于微流控和酶比色的微创血糖连续检测仪

连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器,该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液,利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积,并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度,利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面,为了便于收集,利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释,稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3～50mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖,实验选取了1～50mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量,根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型,结果表明该酶比色检测方法在1～50mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度,测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制,为糖尿病的诊断提供依据,在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。

血糖无创伤检测技术的基础研究

对人体血糖无创伤检测技术及其进展进行了综述,介绍了有关的基础研究结果.从简单到复杂的模拟样品实验结果表明,近红外吸收光谱无创伤血糖测量方法具有可行性.同时文中讨论了人体血糖测量时测量波段与测量方式的选择、测量部位的选择等一些基础问题,并提出了血糖无创伤测量进一步研究的关键是,将成熟的软硬件技术结合人体特性,综合考虑测量方法,解决人体测量的特殊问题.

基于统计抽样的非均衡分类方法在软件缺陷预测中的应用

目前软件缺陷预测的研究主要是从历史数据获取来源和预测方法这两方面入手。然而,获取到的软件历史缺陷数据往往是非均衡的,传统的预测方法会给缺陷数据带来极大的误分率。针对这一问题,提出使用基于统计抽样的非均衡分类方法来预测软件缺陷。通过经验性地对比分析12种已有抽样与分类算法组合的预测性能优劣,得到Spread Subsampling和随机森林结合的方法(SP-RF)综合表现最好,但具有较高伪正率(FPR)。为了进一步提高预测性能,针对原始SP-RF方法会对原始数据带来较大的噪音及信息缺失等不足,提出一种基于SP-RF的内置均衡化抽样的自适应随机森林改进算法(IBSBA-RF)。实验表明,IBSBA-RF算法可以显著降低预测结果的FPR,并且进一步提高了预测结果的AUC和Balance值。

工业4.0背景下高校沉浸式虚拟学习环境设计与应用研究

虚拟现实(VR)技术为增强高校学习者的实践经验提供了新的机会,沉浸式虚拟学习环境可以进一步强化学习者的学习体验,使学习过程更加身临其境,更具有参与性。介绍了工业4.0背景下高等教育数字化学习环境的变化,从沉浸感、代入感、心流和交互性4个方面分析了沉浸式学习体验特征和VR技术的作用。为了深入了解沉浸式虚拟学习环境的应用效果,基于工业4.0人才能力需求的视角设计了沉浸式虚拟校园地震逃生及应急救援系统,并通过问卷调查验证沉浸式虚拟学习环境中学习体验特征和学习界面因素对学习效果的影响。最后对研究结果进行了总结和讨论,以期为高校创设和有效应用沉浸式虚拟学习项目提供借鉴。

奇异点快速检测在牛奶成分近红外光谱测量中的应用

近红外光谱作为一种依靠模型对物化性质进行分析的技术,对光谱数据的准确性进行快速准确的判断是得到可靠分析结果的前提。但是光谱数据中奇异点的存在会在很大程度上影响多变量校正模型的准确性,从而影响模型的预测效果。文章综合利用半数重采样法(ResamplingbyHalfMean,RHM)和最小半球体积法(SmallestHalfVolume,SHV)成功剔除了被测量的牛奶成分近红外光谱中的奇异点,其效果远优于传统的奇异点剔除方法,并且该方法具有简单快速、计算量小、数值稳定等特点,非常适用于在线分析和其他类型的光谱数据中奇异点的检测。

蔬菜农药残留检测的红外光谱法研究

对常用高残留农药敌百虫和敌敌畏在蔬菜汁溶剂中的中红外衰减全反射光谱 (ATR)数据进行了研究。在中红外两种农药特征吸收区域 ,蔬菜中的各种色素对农药的特征吸收基本没有干扰 ;农药在蔬菜汁溶液中与在标准试剂溶液中反映出基本相同的吸收特性。研究结果表明 ,应用红外光谱技术可以直接对蔬菜上的农药残留进行检测 ,通过农药在水中的吸收建立模型来模拟其在蔬菜体内的吸收 。

冰片的近红外光谱法检测

红外光谱技术能够反映样品的综合信息 ,易于在线应用 ,所以若将该技术应用于中成药生产的在线质量监控 ,可以提高中成药的质量控制标准 ,加快中药现代化的进程。冰片作为常用的中药 ,是多种中成药的有效成分之一。文章对冰片在近红外区域的光谱特性进行了实验研究。通过测量 ,得到了冰片在近红外的特征吸收波段。在建模实验中通过建立偏最小二乘法 (PLS)校正模型得到了理想的实验结果 ,2 5个样品冰片含量的预测值和标称值间有良好的线性关系 ,预测标准偏差为 0 2 8mg·mL-1 。

基于VR的校园地震逃生沉浸式交互体验系统构建

地震灾害在我国频繁发生,国家及教育部门十分重视在校园内科普地震逃生知识,而传统的地震逃生演练活动真实感低,开展活动的成本高,活动开展效果也不佳,因此,文中提出了基于虚拟现实(Virtual Reality,VR)的校园地震逃生沉浸式交互体验系统构建。该系统利用计算机结合Unity3D平台来实现,首先,利用3ds Max软件进行场景建模;然后,通过给Unity3D平台导入SteamVR和VRTK插件来开发一个集虚拟场景、动画、声音、视频、交互于一体的校园地震逃生体验系统;最后,连接HTCvive设备来实现用户与虚拟环境的响应。本系统的开发不仅解决了传统演练沉浸感低的问题,还通过新颖的VR技术激发人们对地震逃生知识的学习兴趣,除此之外,还节约了开展地震逃生演练活动的成本,对地震应急救援有较好的应用价值。

采用酶抑制法检测大蒜中农药残留的改进方法

针对采用酶抑制法检测大蒜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留存在假阳性的问题,提出一种改进检测方法。将待测样品的酸碱度调节至最佳pH值后再进行检测,该方法不仅有效地减小了大蒜检测中产生的含硫物质对乙酰胆碱酯酶的抑制作用,同时保证了有机磷和氨基甲酸酯类农药的正常检测。对空白大蒜样品、农药水溶液样品分别进行不同pH值条件下的检测实验,结果发现:在一定范围内调节待测液的酸碱度没有影响农药的定性判别结果,但却极大地抑制了大蒜样品假阳性的发生,因此将该pH值范围(约pH8.0～9.0)确定为最佳检测条件。进一步在pH9.0条件下对分别添加8种农药(甲胺磷、敌百虫、乐果、克百威、辛硫磷、毒死蜱、敌敌畏、甲萘威)的大蒜样品进行检测,与pH7.5农药缓冲液的判定结果符合度达到91.7%。因此,该方法通过改进检测条件——pH值,实现了大蒜中农药的酶抑制法检测。且该方法简单、低成本、有效,适用于现场快速检测的场合,同时可推广到其他含硫蔬菜的检测。

数字滤波方法在TDLAS逃逸氨检测中的选用

介绍了可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)原理和实验系统,并对系统噪声进行了分析;以体积比浓度为90×10-6和30×10-6的NH3为例,利用TDLAS系统采集了该浓度气体的二次谐波原始光谱。为改善光谱信号,分别用五种数字滤波方法对原始光谱进行了滤波处理比较,做了NH3的浓度梯度实验并对浓度为20×10-6 NH3进行了长时间监测实验。实验结果表明,算术平均-小波变换滤波相比其他方法更有效地对原始光谱信号进行了改善,提高了系统信噪比和信号平滑度,使系统浓度检测限由原来的10×10-6降低到1.25×10-6,信噪比提高了约14倍,为逃逸氨极低浓度检测提供了一种较为有效的数据预处理方法。

DS算法在近红外光谱多元校正模型传递中的应用

模型传递问题是近红外光谱分析技术中一个关键的共性基础技术问题。模型传递通过在同一型号的两台仪器之间寻求一种变换关系,使得在一台仪器上建立起的模型能够应用于另外一台仪器样品光谱响应的预测。文章将直接校正(direct standardization,DS)算法应用于化学计量学多元校正中的模型传递,并研究了模型转换集样品的选择方法。在两台AOTF近红外光谱仪上进行了模型传递实验,首先采用Kennard/Stone算法选择转换集样品,然后采用DS方法进行模型传递。实验结果表明采用DS算法取得了较好的模型传递效果。DS算法不仅可以应用于不同仪器之间的光谱分析模型传递,而且该方法对于同一仪器的长时间漂移或者由于部件的更换、测量环境的改变等引入的光谱差异校正也是适用的。

人体无创血糖检测技术

无创血糖检测技术具有无疼痛、无感染、测量简单、测量速度快等优点 ,能有效地满足糖尿病人实时、频繁监测血糖浓度的需要 ,是血糖检测技术发展的方向。本文介绍了人体无创血糖检测各种技术的原理、特点及研究进展。指出近红外无创血糖检测是最有前景的无创血糖检测方法之一 。