实验动物活动量采集与节律分析系统设计

对动物活动量的测定与分析是进行动物行为学研究、药理、毒理分析的重要方法,针对动物行为学研究和临床动物实验需求,设计开发出一种能够测量实验动物活动量,并对其活动量进行分析的系统。系统分为智能硬件和智能终端软件设计两大部分,基于短信进行数据传输通信,智能硬件采用Atmega16为主控芯片,负责活动量的采集,智能终端软件基于Android平台开发,SQLite数据库进行数据保存,MPAndroid Chart实现数据展示与分析。系统目前已应用于实验室动物行为学研究的测试阶段,并获得较好的反馈,说明该系统对动物行为学研究和临床动物实验具有很重要的现实意义。

超声温控膏药理疗仪设计

为了减少患者的疼痛,提高膏药的治疗效果,利用超声效应可增强组织渗透、提高细胞代谢、促进血液循环,降低神经、肌肉兴奋性,产生良好的镇痛和解痉作用,设计了一种基于超声温控的膏药理疗仪。该理疗仪主要由STC89C52主控芯片、超声发生器、加热模块、MLX90615红外测温、LCD1602液晶显示等组成。其中STC89C52作为中央处理器控制整个系统运转;超声发生器和加热模块作用于膏药,用于促进膏药的渗透吸收并达到镇痛效果;通过MLX90615传感器采集膏药部位温度,用于反馈调节加热模块。理疗仪各功能已经调试成功,对于超声用于膏药辅助治疗研究具有一定意义。

慢性阻塞性肺疾病的健康管理系统设计

设计并实现了一个慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)健康数据管理系统,用于监护社区或家庭慢性阻塞性肺疾病患者的康复情况。该数据管理系统基于HTML、CSS、Java Script、PHP开发,利用便携式肺功能检测仪测出相关参数并通过蓝牙透传至Android移动终端,再将数据上传到健康管理服务系统平台并保存到My SQL数据库。该平台实现实时监督患者的肺功能检测数据变化过程、患者个人信息管理以及患者的在线咨询功能,医生根据患者上传的数据给出治疗方案。整个平台运行稳定、实时性高,达到了良好的慢性阻塞性肺疾病数据管理。

基于联合聚类分析的单通道腹部心电信号的胎心率提取

针对孕妇腹部单通道心电信号的胎心率难以提取的问题,提出一种基于联合聚类分析的单通道母体腹部信号(aECG)的胎心率(FHR)提取方法。首先从孕妇腹部信号提取微弱的和高信噪比的胎儿心电信号(fFCG)并进行预处理;然后使用联合聚类的方法从提取到的微弱的胎儿心电信号中,对胎儿QRS波群(fQRS)进行初步定位;最后根据胎儿QRS波群的初步定位结果,利用基于胎儿RR间期的校正算法提取准确的胎心率。提出的基于联合聚类分析的算法的平均性能为Se=98.28%,PPV=98.16%,F_(1)=98.23%,相较于传统的改进胎儿Pan-Tompkins算法(IFPTA)能够提高胎儿QRS波群的定位精度且能提取出更准确的胎心率。

基于支持向量机和小波包变换的EOG信号睡眠分期

针对多通道信号或者多生理参数进行睡眠分期的不足,提出一种利用支持向量机(SVM)和小波包分解相结合对单通道眼电信号进行自动评分的方法。利用改进阈值的双树复小波变换对信号进行去噪处理,将数据以30s数据为一个处理单位,使用小波包变换对每个单位眼电信号进行分解,再对小波包子带提取AR系数和小波包能量等特征。采用支持向量机(SVM)对不同30s睡眠单位进行分类,获得初始分类结果,之后使用平滑规则对分类结果进行连续性处理并得到最终分类结果。结果表明所提的方法对睡眠评分能够得到精度为91.19%,Kappa系数为0.82,属于完全一致性。

基于纳米银胶滤膜基底表面增强拉曼光谱对辣椒油中苏丹红Ⅰ的快速检测

食品安全问题一直是人们关注焦点,长期食用非法添加苏丹红的食物对人体健康具有严重危害,因此研究食物中的微量苏丹红的快速检测技术具有实际价值。本项目采用便携式拉曼光谱仪,采集并比较苏丹红Ⅰ溶液的普通拉曼散射光谱与基于二维纳米银胶滤膜基底的表面增强拉曼散射光谱,数据显示普通拉曼光谱中检测不到苏丹红Ⅰ,而在增强拉曼光谱中能检测到明显的信号。利用表面增强拉曼散射光谱检测不同浓度苏丹红Ⅰ样品,测试结果显示对苏丹红Ⅰ号的检测下限达到0.1 g·L^(-1)。该技术可以为食品安全提供一种潜在的现场快速检测方法。

基于电热型扫描微镜的微型双光子显微镜探头设计

双光子荧光显微镜的微型化对在体脑部神经活动研究和体内组织病理状态检测具有非常重要意义。本文设计了一种基于电热型扫描微镜的微型化双光子荧光显微镜探头,其微镜设计采用反向串联双S型双层材料结构,通过对微镜四个侧面执行器分别施加周期信号,实现了±3.5°的扫描范围;其光学设计是通过单模光纤导入800 nm飞秒激光,激光经微镜扫描,由光学系统聚焦作用于生物样品,激发样品产生荧光,荧光信号通过采集光路汇集并耦合到多模光纤输出,最后通过显微镜的图像采集系统成像。探头尺寸为26 mm(L)×12 mm(W)×8 mm(H),重量为5.6 g。利用该显微镜探头,对含有不同尺寸凹槽的微结构进行了成像测试,其结果表明,其扫描成像的范围可以实现150μm×150μm,横向分辨率可达到5μm;利用该探头对荧光染色小鼠肾脏冷冻切片进行的成像测试,成功得到了双光子二维荧光图像。基于本装置以及进一步的改进,将有助于构建便携式双光子荧光显微镜,置于活体动物头部,在体进行脑部神经活动研究。

电子计算机断层扫描系统球管焦斑与扫描中心平面校准的设计及验证

本文开发设计了一种电子计算机断层扫描(CT)系统球管焦斑与扫描中心平面校准的方法。该方法是把球管分别旋转到0°和180°位置,首先让CT系统在冷态下分别静态扫描一次自制的具有对称窗口A、B的金属校准工具;然后对扫描的原始数据进行去噪、均值、归一化处理后,利用球管焦斑、准直器中心和校准工具的几何关系,计算球管焦斑到扫描中心平面的校准距离。为验证该方法的实用性和有效性,本文采用该方法对16排CT系统(Brivo CT385, GE,中国)的球管焦斑进行校准,校准结果用即显胶片扫描方式进行验证,结果显示球管焦斑与扫面中心平面距离误差为0.02 mm,处于焦斑校准误差范围±0.1 mm之内。通过本文研究结果表明,作为一种简单、低成本的设计,该方法可以实现球管焦斑与扫描中心平面的快速校准。

基于运动噪声构造结合凸组合最小均方自适应滤波算法检测动态血氧饱和度的研究

基于光电检测的运动血氧饱和度(血氧)检测仪其性能在很大程度上受到光电容积脉搏波(PPG)信号中运动噪声的影响。本文提出一个针对运动血氧检测的算法,该算法通过完全自适应噪声集合经验模态分解联合多尺度排列熵构造运动噪声参考信号,并结合凸组合最小均方自适应滤波器消除PPG信号中的运动噪声,以计算动态血氧。测试结果表明,在模拟步行、慢跑状态下,本算法计算的血氧值与参考血氧值的平均绝对误差分别为0.05和0.07,平均绝对百分比误差分别为0.05%和0.07%,总体皮尔逊相关系数达到0.9712。实验结果证实,本文研究算法有效地降低了PPG信号中的运动伪影,有望应用于便携光电式脉搏血氧仪,以提高动态血氧测量的准确性。

数字X射线摄影系统中探测器纵向自动追踪射线设计

在手动限束器的数字X射线摄影系统(DR)中,设计一种探测器纵向自动追踪球管射线的算法。该算法中,当X射线在探测器上的投影视场纵向宽度(LFOV)与探测器纵向有效尺寸相同时,系统可计算出限束器开口半角(Ψ)、X射线在探测器上投影视场中心与球管焦点投影之间的最大偏心距(e_(max)),以及探测器自动追踪射线的移动距离。当Ψ减小导致LFOV小于探测器纵向有效尺寸时,系统仍采用e_(max)计算探测器的移动距离。对实际系统测试显示,采用该算法完成射线自动追踪后,虽然X射线投影视场中心与探测器中心不完全重合,但是X射线投影视场全部落在探测器有效成像区域内。研究表明作为一种简单、低成本的设计,该算法实现了手动限束器DR的探测器纵向自动追踪射线功能。