经颅磁刺激和脑电联合作用时电磁场分布的仿真研究

目的:研究分析经颅磁刺激和脑电(TMS-EEG)联合作用时磁感应强度和感应电场强度的分布情况。方法:利用有限元多物理场仿真软件COMSOL,搭建3层同心球人头模型、TMS线圈模型和EEG电极模型,在TMS线圈的作用下,对比分析了有无脑电极时,人头模型当中磁感应强度和感应电场强度的不同。结果:取头部组织几个特殊位置点,放置脑电极后,各点处磁感应强度和感应电场强度均发生变化,磁感应强度最大变化达19.19%,感应电场强度最大变化达75.33%。添加脑电极后,人体头部组织YZ纵切面的最大磁感应强度降低7 mT,最大感应电场强度值降低0.6 V/m。大脑处的三维磁感应强度和感应电场强度均随着深度的增加而逐渐减小,放置脑电极后,脑组织中的最大磁感应强度值减少1.4 mT,最大感应电场强度值减少0.13 V/m。结论:经TMS-EEG联合作用时,在人头皮处放置脑电极会对电磁场的分布产生影响,间接影响TMS的治疗作用。

三维虚拟空间中转头选中远离和靠近运动目标的操作特性差异

通过转头选中运动目标是虚拟现实(VR)中的常见操作,然而运动目标包含远离和靠近运动,确定两类操作的时间特性差异对设计高效的用户接口有重要的意义。本研究选取17名被试在VR中通过转头将球体光标快速准确地放入水平运动的球体目标内,并改变初始距离、目标容差和目标速度。总时间结果显示,远离运动的操作难度更大,初始距离和目标容差对远离和靠近运动的影响相似,目标速度对两类运动的影响相反。进一步将光标的移动过程划分为加速、减速和调整阶段,结果发现,远离运动的加速和减速时间大于靠近运动,但是两类运动的调整时间接近,并且只有目标容差对两类运动的影响一致。最后构建了总时间与三因素的函数模型,成功解释了两类运动的操作时间特性。本研究证明了远离与靠近运动具有不同的操作时间特性,为两类运动的独立交互设计提供了重要参考。

对头部损伤判断准则适用性和可用性的新探索

头部损伤判断准则(Headinjury criterion,HIC)是目前较为广泛被接受的、用来衡量头部在外来载荷下安全性的一种损伤判断准则。它被应用于各国的汽车安全法规中,也是头部损伤防护装置(如头盔)设计的参考标准。然而对它的适用性和可用性也存在着不少的争议。本研究应用人类头部有限元的计算模型,通过分析两个不同大小、不同质量的头部模型在三种不同载荷下所产生的脑组织的应力和相应引出的"头部损伤判断准则"的计算值,识别影响"头部损伤判断准则"的适用性和可用性的因素,为如何更科学地评判头部受载安全性提供新的见解和结论。

激光在人头部立体形状建模中的应用研究

用激光对人头部进行立体扫描 ,CCD摄像仪摄取扫描信息 ,移植航空摄影空间三维测量原理 ,基于人头部、脸部的特征测量部位 ,创建实现人头部外型的立体空间数学模型 ,提出了人头部形状的模型集成及特征识别模式原理 。

利用VTK与MFC的医学模型重建方法研究与实现

Visualization Toolkit(VTK)是目前医学可视化领域使用最为广泛的可视化开发工具,而MFC是Windows平台下使用最为普遍的界面开发工具。分析了VTK的运行原理,给出了二者集成使用的方法,并对当前主流3D模型重建算法进行分类比较。以此为基础构建医学可视化软件原型系统,利用VTK实现了Marching Cubes(MC)和RayCasting算法,完成了人体头部模型的3D重构。

基于头肩模型的人体识别方法

针对移动机器人跟踪特定人体的要求,提出了一种基于头肩模型的人体识别方法;首先从人体检后得到的图像中提取所有的人体头肩模型;接着提取各头肩模型的降维加权的Hu不变矩作为特征向量;然后根据一定的阈值将各头肩模型分类为正背面或侧面;最后采用正背面或侧面K最近邻(K NearestNeighbor,KNN)分类器判断哪个头肩模型属于移动机器人需要跟踪的人体;实验结果表明本方法具有较高的平均识别准确率98.3%,且满足实时性的要求。

三维有限元头颅模型参数及边界条件研究

目的确定三维有限元模型材料阻尼参数,实现寰枕关节模拟。方法对不同材料阻尼参数下的模型进行冲击载荷加载,分析比较计算后不同材料阻尼下颅骨应力-时间曲线形态,确定模型采用的材料阻尼参数值。应用弹簧单元模拟寰枕关节,比较模拟前后,模型在冲击载荷下颅骨应力,确定弹簧单元参数。结果不同颅骨材料阻尼条件下,额部冲击区域颅骨节点的vonMises应力曲线均无第2峰值,应力峰值随阻尼增大而逐渐降低,峰值出现时间后移,枕部颅骨节点应力曲线在冲击后期应力下降趋势更显著,在0.001～0.004之间颅骨应力曲线形态最佳。模拟寰枕关节,弹簧单元采用颅骨材料参数,在X、Y轴方向弹簧弹性系数10N/mm,Z轴方向的为20N/mm,颅骨应力曲线后期可下降。结论颅骨线弹性材料阻尼系数对模型颅骨应力响应有显著影响。模型脑组织应力主要受颅骨应力的影响。采用三维弹簧单元模拟寰枕关节可降低模型颅骨应力,模拟寰枕关节对模型颅骨应力的影响较颅骨材料阻尼系数的影响小。

高速列车头型设计方法研究

为保证我国高速列车头型设计的综合质量,提出一种高速列车头型设计方法。对高速列车头型设计的要点、设计策略和设计流程进行了论述。以3X型高速列车头型设计为例,对设计方法进行验证。实例表明:高速列车头型设计方法将技术、美学、文化和人因4要素作为一个系统在设计过程中加以考虑,能够有效提高高速列车头型设计的综合质量,具有可行性和实用性。

基于头肩HOG特征的快速行人检测

提出了一种基于头肩模型的快速人体检测算法,在当前方向梯度直方图与支持向量机相结合的人体识别方法的基础上,以头肩模型代替整个人体进行人体识别,并且采用混合高斯目标提取技术减小搜索范围,通过降低方向梯度直方图的维数提高识别速率。首先结合混合高斯目标提取技术与Sobel边缘检测技术获取运动目标轮廓,并计算头肩模型范围。计算头肩模型的HOG描述子并通过SVM分类器进行分类。最后,对分类为非人体的目标进行二次识别,克服混叠等因素造成的错判。实验结果表明,该算法在识别率和识别速率上都有所提高,并且在骑车等特殊行人检测中也有很好的识别效果。

遮挡情况下的人体检测与跟踪

人体检测与跟踪技术在智能视频监控中有很好的应用价值。提出了一种遮挡情况下的人体检测与跟踪算法。人体检测部分,利用RGB颜色模型与均值漂移算法,从混合高斯分割出的含有遮挡人体的目标中提取多个人体头肩模型,计算人体头肩模型的轮廓特征。采用傅里叶描述子与神经网络分类器实现人体检测。人体跟踪部分,采用基于颜色线索的粒子滤波器作为基本的跟踪算法,为了解决遮挡问题,采用三台摄像机实现多视角跟踪人体,利用三台摄像机之间关于主平面的映射关系确定遮挡人体的跟踪结果。该算法提高了人体检测的准确率和人体跟踪的可靠性,可以广泛应用于复杂环境中的多个人体的检测与跟踪。

人体头部吸收手机及无线路由器辐射的FDTD仿真

建立一个简易的人体头部电磁模型,并基于时域有限差分方法(FDTD),利用XFDTD软件仿真计算手机和无线路由器辐射与人体头部相互作用的SAR值,根据ICNIRP提供的公众照射基本限值评估了其安全性。

多电极联合电刺激神经调控模型建立与分析

目的:分析电刺激信号在人体组织中的扩散情况,为多电极联合刺激提供理论依据。方法:采用以电磁仿真标准单层人体头部模型为研究对象的几何结构模型,假定模型中填充物为肌肉组织,建立具有肌肉特性的有限元模型。向模型注入20 mA的直流电信号,通过多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics 5.5计算分析信号在简化头部模型中的信号传播机制。结果:信号主要集中在电极周围;多电极联合刺激时,在模型的几何中心处存在信号叠加,信号在该处存在增强的趋势;同时,通过xy截面分析发现,在均匀的肌肉组织中,信号衰减强度约为8 dB/cm。结论:在简化头部模型中,多电极联合刺激能够在头部截面几何中心形成信号增强的趋势。

射频美容电极在人脑中电磁场和比吸收率分布研究

研究在频率40.68 MHz下,使用多极射频电极头对人进行射频美容治疗时在人头部所产生磁场强度、电场强度和比吸收率(Specific Absorption Ratio,SAR)的分布,并将得出的结果与国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)所指定的安全限值进行对比。结果表明,脑组织中磁场强度最大值为0.06 A/m,约为ICNIRP限值的82.19%;电场强度最大值为5.5 V/m,约为INCIRP安全限值的19.64%;SAR最大约为0.03 W/kg,远小于ICNIRP标准的2 W/kg。所有结果均处于ICNIRP安全限值以内,说明射频美容电极所产生的电磁暴露不会对人体造成威胁。

基于真实头模型的经颅磁声电刺激感应电流密度仿真分析

感应电流密度的聚焦性是实现精准神经调控的关键,其中头颅结构对于经颅磁声电刺激的感应电流密度分布具有重要影响。文中利用人体头部的CT图像,使用三维重构技术构建了真实头模型;对真实头模型进行经颅磁声电刺激的有限元仿真分析,获得了真实头模型内部的感应电流密度分布,并对仿真结果进行了评估。为了进一步探寻刺激效果和超声频率之间的关系,文中分别使用300 kHz、400 kHz、500 kHz的超声波对真实头模型施加经颅磁声电刺激。仿真结果显示,超声信号频率的增加会导致刺激强度、刺激长度以及聚焦面积的增加。该结果表明经颅磁声电刺激具有良好的深度刺激特性和聚焦特性,有望对深处脑区神经元进行无创调控。

基于中国可视人数据集的时域有限差分法人体头部电磁仿真模型构建

目的:为掌握人体组织电磁特性的变化,实现对真实人体结构电磁辐射特性的模拟和仿真计算。方法:在中国数字可视化人体数据集基础上,提出建立真实人体三维电磁模型的方法并利用CST STUDIO SUITE对其进行电磁仿真计算。结果:构建了适用于时域有限差分法计算的网格精度为1 mm^(3)的三维人体头部电磁模型,满足频率为30 GHz以下的电磁仿真计算在数值色散空间离散间隔上的要求。结论:该模型具有很好的可视性和可操作性,对构建数字电磁人以及优化生物电磁检测技术具有重要的理论价值和实践指导意义。

基于人体模型和超像素的黏连人群分割方法

针对监控视频中拥挤人群的分割问题,提出一种对黏连人群进行分割的新方法.该方法利用投影法和Hough圆检测方法对目标的头部进行检测,利用卡尔曼滤波跟踪算法实现遮挡情况下的人群头部粗定位;采用人体模型实现行人的粗分割;对目标前景进行超像素分割,基于相邻像素块之间的颜色相似程度和与人体模型的形状匹配程度构建一个加权图模型,通过求解最优路径的方法得到黏连目标的最优分割边界.实验表明:该方法能有效解决黏连人群的分割问题,且能够精确地提取出完整的人体轮廓.

人体头部过载模型阶次的辨识与降阶研究

针对在系统辨识过程中面临的人体头部过载模型阶次辨识问题,介绍了常用的模型阶次辨识方法及利用残差平方和即损失函数J估计模型阶次的原理,并基于20组试验数据开展人体头部过载模型阶次辨识研究。通过系统辨识获得了人体头部过载模型后,采用Gram阵对Hankel奇异值分解方法实施模型简化和降阶处理。通过比较降阶前后模型,表明模型降阶方法是有效和正确的。

综掘工作面人因失误模型

煤矿综掘工作面是由人、机器设备和环境组成的复杂生产系统,其工作面环境条件易变、作业空间狭窄、视觉环境差等,对机器设备的可靠性,以及工人的作业效率及身心健康都有重要的影响。通过理论和实际调研的结合,在研究综掘工作面人-机-环境关系的基础上,借鉴统计理论,建立人因失误模型,运用参数估计进行统计分析,量化人因失误致因因子,求解人子系统的可靠性指标,深入分析人因失误行为发生的类型、行为因子。

基于汽车碰撞事故的人体头部有限元模型建立与验证

为研究汽车碰撞事故中人体头部损伤机理,建立并验证具有较高生物逼真度的头部三维有限元模型.采用计算机断层扫描和磁共振相结合的医学成像技术,利用数字图像识别和网格剖分技术,获得50百分位人体头部有限元网格.通过碰撞仿真分析,得到撞击力、颅内加速度、颅内典型碰撞位置(碰撞侧、碰撞对侧、上下枕骨)的应力和压力变化规律,并与国外经典的尸体试验数据进行对比分析.仿真分析结果与试验中颅内压力、颅内运动学等生物力学参数吻合良好,能够准确反映真实碰撞过程中人体头部的生物力学响应情况.建立的头部三维有限元模型精确度较高,能够进一步应用于汽车碰撞事故中人体头部损伤力学机理研究.