地方高校复合型人才培养模式改革与实践

新工科的兴起和工程教育专业认证工作的开展,为工科专业的发展提供了难得的机遇,同时也是极大的挑战。目前工科专业的人才培养质量还不能很好适应产业发展的要求,多学科融合在实际教学中还不能很好得到落实,专业的优势和特色还未完全展现。根据新工科建设和工程教育专业认证对解决复杂工程问题能力的要求,以创新实践基地为依托,通过有机整合电子和生物化学内容、构建跨专业与跨年级的课程体系、有效对接实践教学和创新实践基地、将企业的工程实践内容引入到人才培养体系等教学改革途径,在保持专业内涵的基础上凸显了专业的电子信息优势,并在培养学科交叉复合型人才、新工科建设和工程教育专业认证工作中取得了良好成绩。

“医学电子仪器设计”课程的项目化教学设计与实践

文章基于“医学电子仪器设计”课程的特点,进行创新性教学改革。采用项目化教学设计,即以企业对医疗电子人才的需求为导向,将医疗电子仪器行业内最典型的脉搏、血氧、心电、血压四大生命参数监护仪器作为课程研发项目,将这些产品中基于单片机的各个模块融入课堂教学。通过线上线下混合式教学,减少理论课时,增加学生实践动手课时。学生通过前期的学习掌握单片机理论知识,并在后期的实践动手环节中将单片机理论知识应用于四大生命参数监护仪器的开发。

光电容积脉搏波采集系统设计及课程应用

为了提高生物医学工程专业学生医学电子仪器设计能力,实现电子信息特色与生物医学工程专业内涵的深入融合,开发了一套光电容积脉搏波采集系统。该系统以微控制器STC89C52为核心,采用标准医用血氧饱和度探头NELLCOR DS-100A对人体脉搏波信号进行采集。信号调理部分融合了电压跟随电路、电流转电压电路、有源带通滤波放大电路,有效地实现了nA级光电流信号至毫伏级电压信号的调理。通过本实验项目的锻炼,能够使学生对医学电子信号有更清晰的认识,具备基本的医学生理测量系统设计能力。

结合多模态融合方式的脉搏波房颤识别

针对心房颤动疾病诊断检测复杂,病理检查有创等问题,构建基于脉搏波与深度学习的心房颤动分类预测模型,实现对心房颤动疾病的准确预测。首先,通过脉搏波设备采集数据,与MIMIC-Ⅲ数据库数据共同构建PPG-AF数据集;其次,基于Pytorch深度学习框架构建用于房颤分类的ResNet-CBAM-1DCNN双通道卷积神经网络;最后,将数据集按照8:1:1的比例划分为训练集,验证集和测试集,将脉搏波和其对应的格拉姆角场图作为输入,通过对网络结构和超参数的优化,在测试集中分类的F1分数达到了97.30%,准确度达到98.12%。本研究基于脉搏波信号与双通道卷积神经网络模型,能够实现对心房颤动疾病的准确诊断,有望为临床医师制定最佳治疗决策提供重要依据。

基于容积脉搏波的无创连续血压测量系统

目的设计一种基于容积脉搏波的无袖套连续血压测量系统。方法从单一容积脉搏波中提取脉搏波传导时间,经逐步回归分析与血压建立血压估算方程,实现无创连续血压测量。结果通过对不同人群血压检测,并与鱼跃牌水银血压计进行对比,结果表明该方法和传统方法具有较好的测试一致性,测量误差优于美国医疗仪器促进协会(AAMI)推荐标准。结论该方法同传统血压测量方法相比,测量方便,可彻底摆脱缚带,并能实现无创连续测量,具有更广阔的应用前景。

基于拾取点与ICP算法的三维图形重定位研究与实现

介绍了基于拾取点的粗重定位算法,同时给出相关实验结果。对基于ICP算法的精重定位算法及实现进行了详细论述,得出利用该算法进行三维图形重定位能使重定位误差限制在±0.02 mm范围内的结论。

傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

红外干涉光谱仪非均匀性在线校正与仿真（英文）

由于红外干涉成像光谱仪结构的特殊性,其非均匀性在线定标与校正是工程上一直没有得到有效解决的技术难题。通过对光谱仪结构的深入分析,对空间调制红外干涉光谱仪研究出了一种有效的非均匀性在线定标与校正方法,并建立了相应的仿真模型,实验结果表明算法是正确的和有效的。研究成果为星载空间调制红外干涉成像光谱仪非均匀性的在轨定标与校正奠定了良好的技术基础。

基于K-Nearest Neighbor和神经网络的糖尿病分类研究

为实现糖尿病的早期筛查,提高对糖尿病分类的准确度,在研究有关糖尿病危险因素的基础上,增加糖化血红蛋白作为糖尿病早期筛查的特征之一。研究中选取与人类最为相似的食蟹猴作为研究对象,利用年龄、血压、腹围、BMI、糖化血红蛋白以及空腹血糖作为特征输入,将正常、糖尿病前期和糖尿病作为类别输出,利用K-Nearest Neighbor(KNN)和神经网络两种方法对其分类。发现在增加糖化血红蛋白作为分类特征之一时,KNN(K=3)和神经网络的分类准确率分别为81.8%和92.6%,明显高于没有这一特征时的准确率(68.1%和89.7%),KNN和神经网络都可以对食蟹猴数据进行分类和识别,起到早期筛查作用。

基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。

数字信号处理课程思政初探

课程思政是习总书记提出的伟大构想,是以"立德树人"为出发点,以高校课堂教学为主阵营,通过对不同类型课程的设置,实现思想政治理论课程内容与之结合,实现新时代三全育人新局面。数字信号处理是生物医学工程本科生的一门重要基础课程,为响应习总书记课程思政理念,我们在课堂上适时适当地将思想政治教育用一些浅小而深刻的道理给学生们讲出来,有效地去除了学生们上课玩手机、说话、不愿坐前排、不积极与老师交流等不良现象,引导学生们树立正确的人生观、价值观,提升了学生们的自信心,有效提高了数字信号处理课程的教学质量。

基于光电容积脉搏波的呼吸监测系统研究

通过研究人体指端光电容积脉搏波(PPG)的物理特性,以朗伯比尔定律为基本原理,通过设计硬件电路,实现对人体PPG的无创采集。对采集到的PPG信号进行滤波和放大处理,通过特征选择和提取等方式识别出比较完整的脉搏波信号;将得到的脉搏波信号进行经验模态分解,选择具有适当频率的本征模函数重构出待测的呼吸波信号,并在显示屏上显示出来。在采集脉搏波的同时利用迈瑞公司的PM-9000 Express病人监护仪对人体的呼吸信号进行采集。本系统采集了10例志愿者数据。将本系统得到的呼吸波信号与病人监护仪测得呼吸波进行频谱分析,并对相关参数进行比较,发现两种呼吸波具有较好的相关性。本文最终结果表明利用经验模态分解方法提取人体PPG中包含的呼吸信号具有较好的准确性和可行性。实验结果表明这种方法可以从PPG中提取呼吸信号。

稳定高精度的双目立体视觉测量系统标定方法

为了提高和稳定双目立体视觉结构光测量系统的精度,提出一种简单有效的标定流程及基于极线几何约束优化双目立体视觉结构光测量系统外部参数的方法。采用平面板标定理论分别标定左右摄像机的内部参数,将标定的内参数作为双目标定的内参数在多视角下标定双目测量系统的外部参数。利用极线几何约束,通过最小化多视角下同一对应点的极线误差,优化计算双目测量系统的外部参数。实验结果表明,该方法计算得到的双目测量系统参数使得测量系统在整个测量空间体积内的测量精度高且稳定,在双目立体视觉测量系统的工业化检测应用中具有重要的意义。

基于无创血糖的糖尿病评估

为了提高糖尿病前期的检出率,在糖耐量受损(IGT)常规诊断方法的基础上,增加糖化血红蛋白作为糖尿病筛查的因素,构建一个IGT检测模型。采集受试者的身高、体质量、腹围、血压、皮脂厚度、空腹血糖和糖化血红蛋白作为模型的特征输入,用K-近邻算法和神经网络对其分类,模型输出包括血糖值正常、IGT和糖尿病。结果显示增加糖化血红蛋白作为分类特征后,神经网络和K-近邻算法的分类准确率分别为88.89%和93.09%,明显高于传统方法的分类准确率(83.33%和78.38%)。本研究提出的IGT检测模型对糖尿病的临床诊断有重要意义。

BT.656数字视频解析及颜色空间转换

为满足干涉式成像光谱仪实时光谱复原系统的设计要求,利用可见光相机输出的可见光图像来模拟干涉图,提出了一种基于FPGA芯片的BT.656数字视频解析方法。利用信号延迟的方法检测BT.656视频信号的行控制信号,并根据亮度信号与色差信号的4∶2∶2的特殊关系,通过采用不同时钟频率将信号有效分离并分别输出,实现了BT.656格式的数字视频解析。将解析后的YUV格式信号转换为RGB格式,再转为灰度图像,以灰度图像模拟干涉图数据,实现了以视频信号模拟干涉图信号。

基于光电容积脉搏波信号与心电信号相关性的研究

在研究光电容积脉搏波信号(photoplethysmography,PPG)与心电信号(electrocardiography,ECG)相关性的基础上加入了动脉血压信号(arterial blood pressure,ABP)以及呼吸信号(resperation,RESP)。探究PPG信号与其余三路信号间的相关性以及因果关系等统计学指标,并给出具体的统计学实验结果,为以后使用该类统计学指标做心血管以及呼吸类疾病筛查做准备。通过时域与频域相结合的办法求取相关性,在时域上利用Pearson相关系数,频域上利用相干性与短时偏定向相干性算法(ST-PDC)以及短时定向传递函数算法(ST-DTF)探究信号间的因果关系及连通性。时域上信号间的相关性系数均值分别为0.901、0.894、0.886,频域上信号间的相干性均值分别为0.899、0.896、0.8816,ST-PDC以及ST-DTF算法结果表明了信号之间存在较强的因果关系。时域与频域的实验结果表明信号间存在着较强的相关性。

一种利用经验模态分解算法的光电容积脉搏波信号中提取呼吸波的方法研究

针对目前提取呼吸波准确性不高的问题,本研究提出了一种从光电容积描记(photoplethysmography,PPG)信号中提取呼吸波的有效方法。在MIMIC Database中获取人体同时段的多路生理信号,包括PPG信号和呼吸波信号。首先,利用经验模态分解算法(empirical mode decomposition,EMD)对PPG信号进行分解,得到各层本征模函数(intrinsic mode function,IMF),选择合适的IMF分量重构出呼吸波信号;然后将重构的呼吸波信号与采用PPG信号同时段的原始呼吸波信号进行比较,结果显示,呼吸波信号速率的准确率均在90%以上,AR功率谱中的相关性系数均在85%以上,呼吸波信号相对相干系数也显示该方法的优越性。采用EMD算法可以有效地从PPG信号中提取呼吸波,这对于临床实践中的无创检测,医疗设备的改进具有重要意义。

基于手指压力示波法的血压测量系统设计

我国高血压患病人数在不断上升,而市场上基于示波法的电子血压计在测量时需袖套辅助。鉴于此,我们设计一种基于手指压力示波法的无袖套血压测量系统。通过手指按压传感器来改变手指内动脉所受压力,并以此改变血管容积,测量出施加的压力和光电容积脉搏波信号。采用双高斯拟合方法,建立光电容积脉搏波信号、施加压力与血压之间的模型关系,计算出人体的血压值。系统采集了24例志愿者的血压数据,与欧姆龙电子血压计测量的血压值进行对比分析;两组数据的收缩压相关性为0.841,标准差为6.78 mmHg;舒张压相关性为0.809,标准差为4.91 mmHg。通过手指压力示波法测量血压是一种可行的方案,它为血压测量装置的小型化、移动医疗及全民健康服务提供了一种思路。

课堂思政提高数字信号处理课程教学质量的研究

课程思政是习总书记提出的伟大构想,是以“立德树人”为出发点,以高校课堂教学为主阵营,通过对不同类型课程的设置,实现思想政治理论课程内容与之结合,对当前中国社会复合型人才培养有很好的助推作用。本文就目前数字信号处理课程教学过程中学生存在的一些不好现象,如学生在课堂上使用电子产品(手机、平板)看小说、打游戏、说话、不愿往前排位置坐、与老师交流不积极等,在课堂上适时适当地将思想政治教育用一些浅小而深刻的道理给同学们讲出来,对同学们的人生观与价值观进行正确的引导,有效树立了同学们的自信心,较好地改善了课堂上存在的一些不好的现象,有效地提高了数字信号处理课程的教学质量,这是我们将习总书记课程思政思想运用在数字信号处理课堂上的初步实践,希望能起到一点抛砖引玉的作用。

逆向设计中基于三维测量系统的快速测量及数据处理

介绍了三维测量系统的组成、原理及其应用实例,系统主要是综合运用了数字图像处理技术、摄影测量技术和光栅测量技术,来快速、准确地测量三维实物表面的几何数据,并且可利用ATOS系统软件处理所测量的点云数据,为产品的快速测量提供了一种快捷的方法。