肌电与血氧信号同步采集系统设计与实验研究

设计了表面肌电信号(surfaceelectromyography,sEMG)和血氧信号实时监测系统,用于探究肌肉疲劳过程中生理信号的变化,从而对肌肉疲劳进行检测。介绍了sEMG的分析方法,血氧检测的原理,阐述了系统方案。系统硬件部分以STM32为核心,目标肌群的sEMG采集由Ag/AgCl凝胶电极、三运放仪表放大器以及信号调理模块组成。血氧信号采集基于近红外光谱技术(near infrared spectroscopy,NIRS),包括光源、光源驱动、光电转换、信号调理等模块。系统软件部分基于实时uC/OS-Ⅲ的软件系统。通过等长收缩局部肌肉疲劳实验提取sEMG的特征参数;在前臂阻断实验中计算出氧合血红蛋白(oxyhemoglobin,HbO_(2))和脱氧血红蛋白(deoxyhemoglobin,Hb)的相对变化,从而验证系统采集两种信号的有效性。

气动人工肌肉驱动的微重力环境背部骨肌训练设备研究

航天员在太空执行任务时会长时间暴露在微重力环境下,这会导致航天员的肌肉和骨骼迅速退化,引起肌肉萎缩骨质流失等,严重影响航天员的健康,而对抗训练可以减轻失重带来的这方面影响。目前已有的太空训练设备中没有针对航天员背部的对抗训练设备,因此本文设计了一款由气动人工肌肉驱动的针对航天员背部骨肌的对抗训练设备。本文详细阐述了气动人工肌肉的原理构造与特性,完成了设备的机械结构设计、设备的控制部分设计及其硬件实现。控制系统采用Arduino作为主控制器,高速开关阀作为执行元件对人工肌肉进行控制。实验结果验证了控制系统能够有效地控制气动人工肌肉驱动设备执行训练任务。

急性中度饮酒对人体脑电信号的影响

分析志愿者在急性中度饮酒前后的脑电信号(EEG)变化,研究急性中度饮酒对人体健康的影响.基于Neuroscan脑电仪构建实验平台,实时采集志愿者在急性中度饮酒前以及饮酒后2,h内的脑电信号数据.利用Curry7软件对数据进行预处理,去除伪迹;预处理后的数据用Matlab中的EEG工具包用小波变换的方式进行特征波形的相对功率计算.得到各个频段(α波、β波、θ波)的功率值在急性中度饮酒前后都有不同程度的变化,在低频段(θ波)表现得尤其明显,在饮酒后1,h达到峰值.由各频段功率值计算得到的疲劳因子R值,与低频段变化趋势基本一致.急性中度饮酒前后大脑疲劳度没有瞬时的变化.大脑疲劳度在急性中度饮酒后1,h达到峰值,并在之后逐渐衰减,直到酒后2,h基本恢复正常水平.

肝癌微波消融中热损伤参数分析

目的肝癌微波消融研究中,局部热损伤监测和消融仿真计算通常采用Arrhenius模型进行热损伤分析,该模型主要包括活化能Ea和频率因子A两个热损伤参数,然而现有肝脏热损伤参数缺少动力学特性和预测效果对比分析。方法本文采用Arrhenius模型从不同参数所描述的损伤速率和不同温度下的损伤进程方面阐述了其差别,并通过微波消融实验过程的温度数据分析了其对消融损伤的预测效果。结果分析数据表明,Ea(J/mol)和A(s^-1)分别为2.769×10^5和5.51×1041、2.577×10^5和7.39×10^39、1.200×10^5和4.016×10^17的3组参数较适用于消融边界处的损伤计算。结论本文对不同参数的对比有助于指导肝癌消融研究中合理选择热损伤参数进行热损伤分析,从而提高消融手术计划和术中疗效评估的准确性。

激光工艺参数对可伐合金焊缝宽度和深度的影响

系统研究了激光焊接工艺参数在微波组件可伐材料焊接过程中起到的作用以及其规律特性。研究发现,在合适的工艺参数范围内增加脉冲宽度,除了焊缝宽度会增大以外,焊缝深度也会随之增加;脉冲高度和离焦量主要控制焊缝深度的变化;焊接速度和脉冲频率两者相互作用共同决定了焊缝的成型。上述焊接工艺参数共同影响着焊缝的焊接质量和外观并相互制约相互影响。

一种实用微波消融仿真模型的构建方法

目的针对目前缺少临床常用微波消融针仿真模型的问题,构建一种简洁、实用的2450 MHz水冷微波消融针的肝脏消融仿真模型。方法采用有限元分析方法,构建了微波消融针和肝脏的简化几何模型,通过耦合电磁波传输和生物组织传热两个物理过程,动态分析肝脏介电特性变化和水蒸发引起的相变传热,从而获取消融过程的组织温度场分布。结果温度场分布结果表明,仿真模型在消融区形态特征、组织温度变化和消融区尺寸方面与同类型消融针实验结果相符合。结论基于常用微波消融针的仿真模型构建方法和计算结果具有较好的实用性和临床应用价值。

肝癌微波消融仿真与手术计划系统研究进展

微波消融作为一种微创热消融技术,在肝癌治疗中具有广阔的应用前景。随着医学影像学技术的不断进步,肝癌微波消融技术也在不断完善。微波消融仿真计算以及基于三维可视化技术的消融手术计划系统在微波消融仪器技术的改进、消融手术计划、消融效果预测和疗效评估等方面发挥着越来越重要的作用。本文针对微波消融仿真方法和基于三维可视化技术的手术计划系统的研究进展进行了综述。

激光散斑血流成像系统及其在生物医学工程专业实验教学中的应用

实验教学有利于加深生物医学工程专业学生对交叉学科知识的理解,提高学生的综合素质。论文探讨了激光散斑血流成像系统在实验教学中的应用,详细介绍了激光散斑血流成像系统的原理和组成。论述了使用该系统开展生物光学光路设计、数字图像采集、图像重建算法、虚拟仪器软件设计等实验内容和针对不同类型实验的教学组织形式。最后给出演示实验和动物血流生理实验两个具体实施案例。研究表明,激光散斑血流成像系统是一个高效的综合实验平台,在生物医学工程专业实验教学中具有重要的作用。

330 GHz高性能二次谐波混频器设计

采用反向并联肖特基二极管对设计了一种330 GHz二次谐波混频器。混频器电路采用微带结构,使用波导-微带探针耦合的形式进行过渡;采用50μm厚的石英作为基板,有效减小了电路体积;采用HFSS和ADS对电路进行仿真和谐波平衡仿真。仿真结果显示,混频器在310～350 GHz范围内的变频损耗优于9.5 dB,所需本振(LO)功率为3 dBm,有效降低了对本振的要求。

基于反射光谱特征的肝组织热损伤动态分析

本研究针对目前肝组织热损伤近红外光谱分析方法无法准确区分血红蛋白等主要吸光物质的问题,利用组织反射光谱在不同加热条件下的变化速率差异,分析了反射光谱变化与组织不同物质热损伤的关联。实验结果表明,利用不同波段的光谱变化速率差异可以监测肝组织损伤进程,并准确判断含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的热变性过程。这一方法有助于将近红外光谱技术应用于组织热损伤过程不同物质的热变性分析,进一步提高其在热消融过程实时疗效评估中的应用价值。

PS植入路径上不同动物椎骨近红外特性差异研究

椎弓根螺钉(PS)的精确植入在脊柱手术中至关重要,开发新的实时术中监测导航方法是一个重要研究方向。采用近红外光谱测试系统对新鲜猪、牛、羊椎骨进行了光谱采集,得到了沿着PS植入路径的测试点反射光谱,进而研究不同动物椎骨近红外特性差异。提出了优化斜率因子的计算方法,将所提因子与前期研究提出的光谱面积因子、峰值因子、特定斜率因子进行比较。研究结果表明:优化斜率因子对于不同椎骨组织的区分性更准确,具有较强的鲁棒性,可以作为最优识别因子用于PS植入路径上不同动物椎骨组织的分析研究。

18～40GHz大动态检波对数视频放大器设计研究

针对18～40GHz毫米波宽带被动接收应用需求,利用分段合成技术拓宽接收瞬时动态,采用宽带匹配技术设计毫米波宽带限幅放大器和宽带检波器,设计了一种18～40GHz的大动态检波对数视频放大器(DLVA)。测试结果表明,在18～40GHz的工作频段内,该检波对数视频放大器的对数范围为-60～+5dBm,对数斜率为50±1.5mV/dB,对数线性度为±1.5dB,脉冲响应上升时间为20ns,下降时间为150ns。

“超高清医用显示器技术规范”国家行业标准制定及显示视觉健康防护研究

“超高清医用显示器技术规范”国家行业标准制定研究覆盖当前同类国际国内标准,首次提出在超高清医用显示条件下的高广色域要求和显示视觉健康防护要求,符合当前和未来超高清和医用显示技术的发展和市场应用新要求。该行业标准制定的主要技术内容包括:在超高清技术条件下,新的医用显示器技术性能要求(如超高清分辨率、高亮度、高对比度、高广色域、灰阶、DICOM医学图像画质要求、均匀性、一致性和人眼显示视觉健康防护要求),以及相应的测试方法等。本次国家行业标准制定及显示视觉健康防护研究,将为促进我国(超高清)医用显示器产业技术的快速健康发展和保障临床诊疗医生、物理师和技师的职业用眼健康,奠定良好的技术标准与法规基础。

视觉引导下的运动执行与运动想象EEG时频特征对比分析

近年来基于运动想象(Motor imagery,MI)的脑-机接口(Brain-computer interface,BCI)技术迅速发展,广泛运用于各个领域。为了比较运动执行(Motor execution,ME)与MI脑电活动的差异,本文提出一种基于脑电信号(Electroencephalogram,EEG)时频域分析的方法。通过设计视觉诱导的上肢ME与MI对照实验,对被采集的10名健康被试的EEG数据进行预处理,并提取各波段特征值,最后分析ME与MI各波段功率值和同一波段功率差值。结果显示,MI过程alpha波为优势波,ME过程delta波为优势波。与MI相比,ME中alpha波呈下降趋势,delta波呈上升趋势。本研究结果表明,ME与MI的脑电活动有明显差异性,为进一步提高基于MI的BCI系统的实时性和普适性提供了理论和数据支撑。

基于表面肌电信号的椎旁肌监测系统研制

为了实现通过椎旁肌诊断和评估人体脊柱病变情况,该文设计了一套基于表面肌电信号的椎旁肌监测系统。该系统使用表面贴片电极获取椎旁肌表面肌电信号(sEMG),通过调理电路对信号进行滤波、放大处理,利用微控制器NRF52832进行信号采集,并将采集的信号发送至手机APP。在APP中通过小波阈值去噪算法对信号预处理后,提取反映椎旁肌功能状态的sEMG信号时域特征与频域特征,将计算的特征参数在APP界面中实时显示。实验结果表明,该系统在模拟信号采集、信号的数字处理以及特征参数计算方面都满足设计要求,具有一定的应用价值。

基于数字图像处理的脊柱侧弯快速检测系统

目的设计一套能够用于普查的脊柱侧弯快速检测系统。方法使用摄像机拍摄人体背部正立图像,然后对图像进行感兴趣区域提取,再经图像预处理后提取得到人体背部脊柱特征点,将特征点拟合成脊柱轮廓曲线,最终根据轮廓曲线计算得到脊柱侧弯Cobb角大小,判断脊柱侧弯程度。结果通过该方法可以得到脊柱轮廓曲线,计算出脊柱侧弯Cobb角大小,能够快速有效准确地检测脊柱侧弯。结论与传统的方法相比较,使用数字图像处理的方法能够实现快速无损地检测脊柱侧弯,节省大量人力物力,对全国青少年脊柱侧弯的普查具有重要意义。

一种基于传输线理论的新型GHz共模噪声抑制电路

基于传输线理论提出一种新型GHz宽阻带共模噪声抑制电路。利用双线传输线模型建立奇、偶模等效电路,在宽频带范围内准确预测了该电路结构的性能。实验结果表明:在1.9-4.5GHz频段内共模噪声抑制深度超-10dB,共模阻带相对带宽达81%;在dc-6GHz频段内差模插损小于3dB且差模信号群时延抖动较小,表明该结构可以很好地保证差模信号传输的信号完整性,性能优良。

基于脉搏波特征参数的无创血压测量改进算法

解决目前利用脉搏波特征参数无法准确计算出病理及生理血压(高血压、低血压和正常血压)的问题。利用主成分分析得到脉搏波主成分参数,利用脉搏波主成分参数和血压进行线性回归得到初步血压计算模型,借助较大的数据库和逐步逼近法建立多级模型,提高模型计算值的精度。改进后的算法能够使用脉搏波特征参数建立普适的血压计算模型,计算出的血压值精度较高。本研究提出的基于脉搏波特征参数的无创血压测量改进算法能够有效扩大血压计算范围,实现包括高血压、低血压和正常血压在内的无创血压测量。

基于有限元仿真的微波消融针设计方法的研究

微波消融针的性能决定肿瘤微波消融术后的消融区域形态与大小,研制具有更大消融范围及材料性质更稳定的消融针具有临床应用价值。本研究采用有限元仿真方法,将具有良好生物相容性的氧化锆陶瓷作为消融针穿刺头,设定优化指标,仿真得出2.45GHz微波频率下的消融针部件尺寸。结果表明,同轴电缆内导体延伸长度,穿刺头前、后端的长度组合为(10,11,4)、(11,12,4)、(16,12,8)、(18,12,8)mm时分别可达最优轴比,最小初始反射系数以及两组最大消融体积。该仿真方法能够定量描述不同部件结构下优化指标的差异,有效辅助消融针设计从而缩短设计周期。

视觉诱发晕动症的脑电特征研究

晕动症(Motion Sickness,MS)作为一种常见的病症,严重影响人们的生活,目前关于晕动症的检测评估主要依赖偏主观的评价指标,存在一定的偏差和局限性。本文拟探究可用于量化评估晕动症的脑电特征因子,为精准的MS检测评估提供量化的参考依据。本文通过视觉旋转刺激的方式诱发晕动症,采集10位实验被试者的脑电信号(Electroencephalogram, EEG),并在实验过程中让被试者填写晕动易感性量表。通过对视觉诱发晕动症前后的EEG信号进行处理分析,结果表明视觉诱发晕动症前后C3通道α波、θ波以及δ波的功率谱特征具有显著性差异(p<0.05),且诱发前后的受试者主观量表得分也具有显著性差异(p<0.05),主观感受反馈与客观检测的结果一致。本研究表明脑电功率谱特征可以作为量化视觉诱发晕动症检测评估的参考特征之一,且主观与客观评估相结合能有效克服单一评估方法的不足,提高MS检测评估的准确性与可信度,为晕动症神经机制探究提供量化的数据支撑。