基于MEMS加速度传感器的人体姿态检测技术

研究一种基于MEMS加速度传感器的人体姿态检测技术.采用人体加速度向量幅值(SVM)和微分加速度幅值的绝对平均值(MADS)描述人体运动状态,进而作跌倒判断.为兼顾算法的准确性和实时性,设计采用多级探测的思想.首先,当检测出人体SVM超过阈值时对跌倒作出初判;其次,将MADS超过阈值作为跌倒的判断依据;再根据一定时间段的加速度归一化方差判断人体姿态的稳定性以防止误判,最后计算人体躯干的水平倾角确定人体姿态作为跌倒报警的辅助信息.系统采用基于MEMS技术的加速度传感器监测人体运动加速度,当判断出人体处于跌倒状态时,利用GPSOne技术自动定位其地理位置,并通过手机短信报警.实验证明,算法探测准确率高,实时性好.

基于过采样的通用生物电检测系统的实现

生物电信号的检测要求系统具有极高的分辨率、宽动态范围以及强噪声抑制能力.为此,以18位800 kSPS的SAR ADC AD7674为核心,结合过采样技术构造生物电检测系统.过采样的抽取分两步进行:第一级抽取,通过设置不同的过采样率使系统的分辨率达到与Σ?ADC相当的水平;第二级抽取,则利用过采样的低通效应,使主频接近的生理信号得以分离.过采样技术的引用使系统电路极大简化,并且系统的性能参数软件可调,具有更高的灵活性.将该系统应用于幅值相差悬殊的心电和胃电的同步检测,取得了良好的效果,说明系统具有较好的通用性,足以满足多种生物电信号检测的需要.

小鼠海马神经元急性分离和膜片钳技术的应用

为了获得适用于膜片钳实验技术的单个海马神经元,应用酶消化及机械分离法,急性分离出生10～13 d的昆明小鼠得到单个海马神经元.通过倒置显微镜直接观察和全细胞膜片钳技术分别对分离得到的海马细胞的形态学和电生理学特征进行研究.通过实验可得,急性分离所得活性较好的海马神经元胞体具有锥形胞体和顶树突特征,立体感强.在全细胞膜片钳记录模式下可记录到全细胞电流及钠、钾通道电流.由实验结果可知,该方法可以得到形态和生理特征良好的单个海马神经元,证实该方法适用于膜片钳技术的研究,对深入探讨药物、物理因子等对海马离子通道及信号转导机制的作用有重要的应用价值.

基于高斯拟合的光纤型SPR信号的峰值检测算法

光纤型表面等离子共振光谱具有半峰宽较宽,共振峰不尖锐等特征,传统的针对棱镜型SPR光谱的峰值检测算法无法准确定位此类光谱的共振峰值。为了准确计算光纤型SPR光谱的共振波长,提出了一种基于信赖域算法的高斯拟合方法,在拟合的光谱曲线上利用一维搜索的方式确定峰值位置。通过对标准甘油光谱数据的处理,证明高斯拟合法能够适应光纤型SPR光谱的特征,波长计算准确。通过搭建的SPR系统,实验测量了不同浓度下蔗糖溶液的SPR光谱数据,并分别采用加权质心法,追踪质心法和该研究提出的高斯拟合法进行共振波长的计算。结果表明高斯拟合法能够有效提升分辨率,且运算速度较快,有利于工程集成。

基于驻极体传声器的脉象检测系统和方法

为了探究脉搏振动产生的声音信号与标准脉象信号之间的关系,设计了基于驻极体传声器的脉象检测系统,利用双传感器同时采集桡动脉脉象信号。通过对两路信号的分析,得到了脉搏声音信号与标准脉象的一阶导数信号具有强相关性的结论,提出了由脉搏声音信号获取脉象信号的方法,由此获得的脉象图形具有明显的脉象特征,和标准的脉象图形的相关系数大于0.85,也具有很强的相关性,说明这种脉象信号获取方法符合中医脉诊客观化要求,可以用于脉象信号的获取。

基于独立成分分析的胃电信号检测

胃电是一种典型的微弱信号,其检测过程中会引入大量的强背景噪声,其中又以心电、呼吸伪迹最难去除。这是由于两者的幅值远高于胃电,而两者的频带却与胃电极为接近。为此,以高精度ΣΔADC采集8通道混合信号,先经数字带通预处理去除基线漂移并滤去大部分干扰,再用FastICA算法分析其中的独立成分,将心电、呼吸对应的部分权重置0反向投影回观测空间,从而得到清晰的胃电波形。该算法原理简单、收敛速度快、去噪效果明显,所得的结果与临床理论分析得出的结论相符,具有较高的实用价值。

仙鹿活骨丸对激素性股骨头坏死细胞凋亡影响的实验研究

目的从微观结构变化考察仙鹿活骨丸对激素性股骨头坏死细胞凋亡影响,为临床应用提供参考。方法给大鼠臀肌注射醋酸强的松龙造成激素型股骨头坏死模型,通过原位细胞凋亡检测、光镜和电镜考察仙鹿活骨丸对激素性股骨头坏死细胞凋亡影响。结果原位细胞凋亡检测分析,发现模型大鼠给仙鹿活骨丸后细胞凋亡数量明显减少;光镜观察可以发现,仙鹿活骨丸可以减少空缺骨陷窝数,降低股骨头组织坏死程度。电镜观察可以发现,仙鹿活骨丸治疗后的骨细胞细胞核染色质和染色体相对均匀,线粒体、高尔基体、内质网等细胞器增多,而糖原溶解与脂肪空泡均较模型对照组减少,因而可提高成骨细胞骨形成的功能,有助于股骨头缺血性坏死修复过程。结论仙鹿活骨丸可以减少激素性股骨头坏死细胞凋亡,改善坏死部位的组织形态学,治疗股骨头坏死。

基于多波长数字锁相检测的光学拓扑成像方法

光学拓扑成像方法作为现有脑功能成像模态极为有益的补充,可量化脑组织中血红蛋白的氧合状况,对临床诊断和治疗工作有着非常重要的意义.但目前已推出的光学拓扑成像系统价格昂贵,较难推广,为此设计了一种结构简单、成本较低的基于数字锁相检测技术的光学拓扑成像系统,目的是以设定的源-探测光纤阵列,量化组织体浅层区域的血红蛋白浓度的变化.该系统将两路不同波长的激光信号耦合后作为辐射光源,以数字锁相技术同步检测输出光强;并以修正的Beer-Lamber定律为模型计算每对相邻的源-探测光纤处大脑皮层活动前后血红蛋白的浓度变化量.

用于宫颈癌筛查的光电联合检测系统

为了提高宫颈癌的早期筛查效率以合理分配医疗资源,研制了基于光电联合检测的宫颈癌早期筛查系统.系统顶端放置的光电极手持探头采用电脉冲、红光、绿光及近红外光交替分时刺激宫颈组织,通过光电激励和测量,计算得到组织的光电学特征参数——电压衰减常数和相对反射率,用组织分类算法实现了宫颈癌变的判别.将313例临床检验数据与组织病理检验金标准比对,建立了光电激励下组织响应临床数据库.组织分类结果表明,光电联合检测方法比单独光或电的检测在灵敏度、特异性和总符合率上有较大的提高,与组织病理检验结果的对比表明本文所研发系统总符合率达85.1%,对早期宫颈癌的筛查尤其是落后地区宫颈癌的筛查具有重要意义.

一种基于光子计数技术的时间分辨荧光免疫分析系统设计

以稀土荧光配合物作为标记物的时间分辨荧光免疫测定法在医学与生命科学的实践与研究中正发挥着越来越重要的作用.为此,设计了一种结构简单、成本低廉的基于FPGA的时间分辨光子计数器系统,改进了原有的Prony算法从而实现了对双组分五参数荧光信号的处理,并使用异氰酸苄基二乙烯三胺四乙酸络合铕(DTTA-Eu3+)和模拟的双组分荧光信号对系统和算法进行了实验验证.实验结果表明,系统对于DTTA-Eu3+的检测具有较高的准确度与线性度,相关系数r=0.996 2.对于双组分荧光信号,当两个荧光信号的差值在10倍以上时,使用改进后的Prony算法进行处理具有较高准确度,误差低于5%.

基于漫反射舌体光谱信息的实验方法研究

选用可控光源，分别用QE65000和NIRQuest512光谱仪，同时测得同一舌体在有光源和无光源两种条件下的漫反射光谱信息，并对光谱数据进行处理。实验结果表明，在620～950nm和10001150nm之间舌体内部的组织结构对光谱的漫反射强度较大，获得的舌体光谱图比较光滑，能较好地去除环境杂散光的干扰，测得的漫反射光谱也能更好地反映舌体内部组织成分、微循环状态等信息。为客观反映舌诊光谱信息提供了一种新的测试方法。

基于提升小波的医学数据压缩算法及其DSP实现

远程医疗系统日益成熟,但数据量的急剧增长给数据的压缩和传输带来了一系列问题。DSP器件的发展使得各种复杂算法的嵌入式系统移植成为可能。参考JPEG2000标准,以提升小波变换为基础,以嵌入式零树小波编码(EZW)为核心进行医学数据压缩。针对提升小波原址运算的特点,采用多种汇编级代码优化策略,将算法移植到DSP系统中,对心电图及CT图像实现了一种支持渐进传输的快速压缩算法。实验结果表明:与Mallat算法相比,该算法能够节省DSP的数据空间和运算时间,从而使嵌入式系统得以高效运行。

酒精含量近红外光谱检测的最佳分析谱段

在近红外光谱酒精含量测量中,通常是通过分析酒精C-H键和O-H键的倍频或合频吸收峰来确定酒精度,基于样本归一化透射率光谱图提出酒精含量分析最佳谱段大约在1230nm～1450nm范围内,即O-H键一级倍频吸收峰与C-H键二级倍频吸收峰之间的波段。采用BP神经网络对58个具有不同酒精度的样本进行了建模分析,得到预测标准偏差为0.0136、相关系数0.9985、平均绝对误差0.0109,获得了较好的测量结果。

用于生物阻抗测量的同步多通道高精度恒流源

针对生物电阻抗测量和成像系统的激励源须满足两路以上同步输出、高频率精度、各路相位独立可调、输出为恒流性质等特殊要求,本文分析了多核共用时钟的DDS芯片作为生物电阻抗测量和成像系统激励源的应用优势,设计了以AD9959为核心的用于生物阻抗测量或成像系统的恒流驱动信号源。设计的信号源四通道输出同步,频率精度为0.0058Hz,各通道相位分别可调且最小步长为0.022°,幅值分辨率可达9.8μA,控制方便,电路简单。

脑深部电刺激中的平面线圈信号耦合技术

针对帕金森病的治疗,提出了一种新型的脑刺激器——外置式脑深度电刺激仪,采用平面圆盘形线圈来耦合刺激信号,可将信号发生器移至患者体外。介绍了该刺激仪的工作原理,并对其中关键的线圈耦合技术进行了讨论。计算得出该形状线圈的各种参数,分析了各个参数之间相互影响的关系。实验证明该设计具有一定的鲁棒性,所得信号的强度可满足实际治疗的需要。

显微光谱成像技术及应用

本文从图像技术和光谱分析等方面论述了光谱成像技术出现和发展的必然性,明确了光谱成像的定义,丰富了光谱成像的内涵,并重点结合生命科学、纳米材料、法医学等领域阐述了显微光谱成像技术的应用。

时域光学拓扑成像方法的模拟和实验研究

针对现有的以修正的朗伯-比尔定律(modified Lambert-Beer law,MLBL)为理论模型的光学拓扑方法存在量化度不准确的问题,提出了一种基于最小二乘拟合算法的时域光学拓扑成像方法.该方法利用时域扩散方程在半无限空间条件下的解析解和测量曲线实现最佳匹配以计算相邻的源点与探测点之间的待测组织吸收系数变化值.对该时域光学拓扑成像方法进行了一系列的模拟验证,并以基于时间相关单光子计数(time-correlated single photon counting,TCSPC)技术的多通道时间分辨测量系统为平台进行了实验验证.结果表明:所提出的最小二乘拟合算法总体上优于传统的基于经验值光程的MLBL方法.

大空间生物组织透射的Monte Carlo模拟方法的加速

乳腺等类型生物组织的透射Monte Carlo模拟(简称MC模拟)耗时很长,这主要是由于被模拟的组织较厚和Monte Carlo模拟自身统计特性引起的所需光子数量多造成的。针对光源与接收面在同一直线上,采用光纤接收透射光的模型进行分析,通过考虑生物组织自身的光学特性,进行了边界约束和有效后向散射次数的限制来缩短仿真时间,经过多次实验验证,以两次散射所到位置为分界,并充分利用组织光学参数计算约束边界,计算相对比较简单,同时考虑到入射与出射的实际情况进行微扩,从而得到的约束边界。对光学参数相同但厚度不同的组织进行仿真,分析进入同一位置光纤的光子数所发生后向散射次数,发现后向散射次数随着组织厚度与散射系数的增大而增大,随着吸收系数与各向异性因子的增大而减小,通过限定后向散射次数来节省时间。仿真结果表明,在传统计算机上,该方法能够显著缩短MC模拟的运算时间50%左右,尤其适用于较厚且边界较为复杂的高散射物质的MC模拟。该提速方法主要应用于光源与接收面处于同一直线,且生物组织较厚,散射系数较大的情况,能够有效节约仿真所需时间,有利于分析组织透射成像。

外置式脑深部刺激器核心技术的突破

针对脑深部刺激器的因电源耗尽需要定期更换、体积庞大、存在潜在危险的弊端，设计了一种体外供电的隔离脉冲发生电路。该电路根据电磁耦合原理，由经皮变压器、内置电路构成，与其它脉冲发生电路相比，在不需要附加通信信道的条件下，解决了至今为止刺激脉冲极性可控的难题，可实现刺激脉冲的极性、幅值、频率及脉宽多种参数的可控可调，而且电路极为简单。通过pspice仿真及实际电路的实验，实验结果与理论分析结果比较吻合，且幅值的变化范围为0～10V。因此设计的电路满足植入式刺激器对脉冲发生电路的需求，且该电路结构适用于大多数体外供电的植入式刺激器。

基于并行化逆向追踪技术的浅层组织拉曼蒙特卡罗模型

采用蒙特卡罗方法(Monte-Carlo,MC)建立多波段拉曼光子输运精确模型是发展扩散拉曼层析成像技术(diffuse Raman tomography,DRT)的重要基础步骤.传统拉曼蒙特卡罗(Raman Monte-Carlo,RMC)方法虽模拟精确但耗时严重,在DRT技术中应用受限,为此,设计了基于并行化逆向追踪技术的拉曼光子蒙特卡罗建模方法,根据格林互易性质,调换模型中给定散射光源和探测器的位置,在表面探测点处发射散射光源,对大量光子的输运过程进行基于GPU并行化的逆向追踪并积分求和,该方法可有效简化传统RMC方法中的的逐点模拟过程,从而提高计算效率.模拟结果表明,采用此新方法获取89、178和356个波段下模拟数据的计算耗时分别为50、85和180,min,与传统方法相比有明显提升,因而该方法可作为浅层生物组织DRT技术适用的快速正向建模方法.