结合人体移动特征频率提取新方法的红外探测实验教学平台的设计

基于改进的经验模态分解和谱峭度法设计了一种新型的红外探测实验教学平台。该平台应用改进的人体移动特征频率提取新方法,能对红外检测区域内的人体移动输出正确的报警信息。通过理论分析与实验验证表明:相比普通被动红外传感器,该平台提高了识别人体移动的准确率,具有较好的外部环境抗干扰能力。该平台的教学应用可以提高学生的动手实践与创新能力,为开放式实验教学做出了有益的探索和实践。

基于MEMS的步态信号采集实验教学装置

本文设计了一个stm32平台下的微电子机械系统(MEMS)传感器步态信号采集实验教学装置,通过软件滤波与仪器标定的方法消除了该装置的测量误差。对8例志愿者步态信号分析得到对比滤波前后步态信号角度、角速度及角加速度的均方根误差,它们分别降到0.5o、0.02o/s、0.006o/s2以内,信噪比分别提高到44dB、55dB、5.9dB以上。该装置具有一定的通用性与可扩展性,为创新实验课程建设做出了积极的探索与实践。

心内传导通信调制方案分析

目的:电流耦合心内传导通信(conductive intracardiac communication,CIC)方式已被证明适用于多腔无导线心脏起搏器(Leadless Cardiac Pacemaker,LCP)的同步。本文基于自主设计的电流耦合CIC收发器分析调制方式和信道长度(10mm-110mm)对收发器性能的影响。方法:以FPGA为平台,结合外围电路设计出可实现OOK和CPFSK两种调制方式的电流耦合CIC收发器。通过离体猪心实验,检测所设计收发器的通信性能,并探究信道长度对收发器性能的影响。结果:实验表明,采用简单的调制技术,在较低的传输功耗下实现LCP是可行的;两种调制方式的传输误码率均处于较低水平(<2.80×10^(-5));在该信道长度内误码率波动明显,最大差值达100倍;OOK方式随信道长度的变化趋势比CPFSK方式更平缓。结论:OOK方式用于心内传导通信时准确性良好并具有更高的稳定性。

基于智能手机的多通道电化学检测装置

目的:设计了一款基于智能手机的多通道电化学检测装置,能够极大地简化操作步骤、提高检测效率,满足多种场景下的即时检测需求。方法:开发出多通道电路,各通道均可独立运行、实现多种电化学测试方法;设计出两级放大电路,电流检测灵敏度提高至10-8A;同时在智能手机APP上实现了各通道检测量程自调节功能。结果:实验表明,多通道电化学检测装置能够准确地进行电化学方法的检测,装置的变异系数小于1.9765%(n=3),证明该装置具有较好的可重复性和稳定性;通道之间的检测差异小于0.745%(n=3),证明该装置的通道间一致性高。装置和电化学工作站的检测差异小于1.671%(n=3),证明该装置的可靠性好。结论:该装置在进行电化学检测时具有较高的灵敏度和准确性,具有极大的应用价值。

荧光免疫层析试条光电信号处理及特征量选取

荧光免疫层析定量检测技术是一种正在兴起的即时检验技术。在前期荧光免疫层析定量检测仪的研究基础上,采用小波算法对A/D采样后的荧光信号进行去噪处理,选用中值滤波剔除基线漂移,最后比较了采用测试线峰值和面积作为特征量的定量检测效果。数据显示,去噪后信噪比提高10 d B,相对均方差减小30.4%;采用峰值和面积值作为定量特征量的测量CV值分别为5.1%和0.4%,测量误差分别为9.1%和0.9%。结果表明采用积分面积作为特征量对荧光信号进行定量检测具有更好的准确度和重复性。

电流耦合型人体通信准静态建模与收发器设计

建立电流耦合型人体通信准静态场的电磁模型,为收发器设计提供理论指导。采用有限元方法建立包含电容效应的人体上臂模型,分析人体内部耦合电流的传输特性。以FPGA为平台设计出FSK调制器、全数字锁相环位同步电路和信号解调器,并辅以发送端低通滤波、信号保持和接收端前处理电路,构成电流耦合型人体通信收发器。模型的传输增益特性具有高通特性,在100 kHz以下与实验数据具有较好的一致性。收发器可以5 Kb/s速率实现数字基带信号的可靠通信。建模与设计工作为电流耦合型人体通信的实现提供理论与实践依据。

植入式医学传感器体内通信的建模与分析

研究植入式医学传感器体内通信的人体信道传输特性。采用有限元方法建立植入式医学传感器体内通信的准静态场模型,设计实验平台验证模型的正确性,计算出模型电导率分别为各向同性和各向异性时体内电信号沿轴向和径向传输的电位增益。结果表明,植入式医学传感器的体内通信信号在准静态场频段内沿轴向衰减明显,沿径向稳定传输;信号增益受频率变化的影响较小;当电导率为各向异性时信号增益明显大于各项同性的情况;并比较了体内通信对射频通信在信号增益上的优势。

高比表面积CuPc/TiO_2纳米管复合材料的制备及其可见光光催化活性

以P25为前驱体,在碱性条件下采用水热法制备了TiO2纳米管(NT),然后通过浸渍法将敏化剂酞菁铜(CuPc)附着于TiO2NT表面,制得可见光响应的CuPc/TiO2NT复合光催化材料,并对其进行了表征,考察了它在可见光下降解罗丹明B的光催化活性.结果表明,在NaOH碱性条件下水热法制备的TiO2NT具有较大的比表面积(362.6m2/g)和高孔容(2.039cm3/g),经0.2%CuPc修饰后,复合材料仍然保持较高的比表面积(244.2m2/g)和孔容(1.024cm3/g),进而提高了CuPc与TiO2界面的光生电荷转移速率,使光生电子-空穴能够在此界面上形成有效分离,从而明显提高了复合材料的光催化活性.在可见光辐照下,0.2%CuPc/TiO2NT复合材料的光催化性能最好,反应180min时,罗丹明B的降解率可达59%,比TiO2NT的提高了3.3倍.

二维Otsu和改进区域生长法的荧光免疫层析试条浓度的定量检测

目前荧光免疫层析试条的定量检测方法绝大多数采用光电反射法,该方法需要对试条进行高精度的定位并且需要复杂的传动装置。利用CMOS图像传感器获取荧光免疫层析试条的图像信息,采用图像分割方法用于荧光免疫层析试条检测线和质控线进行自动识别,首先对采集到的原始图像进行增强预处理,并进行初步分割。然后选定处理后图像的种子点并通过改进的二维Otsu法选取生长阈值对图像进行区域生长,以实现对图像检测线和质控线的分割。结果表明该方法能够在目标和背景对比度很低的情况下,将图像检测线和质控线的轮廓清晰的分割出来,且区域一致性测度和对比度都比较理想。该方法检测不同浓度的试条,得到的特征值重复性小于5%,线性度大于0.99,准确度大于0.98。实验证明用该方法对荧光免疫层析试条进行定量检测是可行的,且较对比仪器具有更宽的检测范围。

新型快速中值滤波算法及在医学图像中的应用

医学图像的处理具有数据量大、实时性强的特点。而传统中值滤波(SM)算法需对滤波窗口内所有的元素完全排序后确定中值,算法的时间复杂度高,执行效率低,无法满足医学图像实时处理的需要。为提高中值滤波算法的执行效率,提出一种新型的快速中值滤波算法,将基于排序查找中值的过程转换为基于分治查找中值的过程,有效地避免了对中值滤波而言不必要的完全排序运算,降低了算法的复杂度;同时在分治查找过程中,利用医学图像未受干扰时图像中像素值的变化是渐变的特性,优先选用中心点附近的像素值进行分治查找,达到提高算法效率的目的。理论分析和实验结果均验证了该算法的可行性和有效性。实验结果显示,该算法提高了医学图像的滤波速度,增强了医学图像处理的实时性。

荧光免疫试条读数仪量程调节方法研究

随着荧光免疫层析技术朝着高灵敏度、宽检测范围的方向发展,对配套荧光免疫试条读数仪的检测要求也随之提高。通过研究荧光产生机理,建立调节量程的理论模型并提出一种提高荧光免疫试条读数仪检测上限和检测灵敏度的方法。设计数控恒流源调整光源的激发光强,实现对试条荧光信号的控制,从而调节荧光免疫试条读数仪检测量程。实验表明,该方法使荧光免疫试条读数仪具备更宽的试条浓度检测范围,有效提高其检测上限与检测灵敏度。实验以C-反应蛋白(CRP)作为待测物质,结果表明荧光免疫试条读数仪检测上限较调整前提高4倍,检测灵敏度提高1倍,在2~0~2^(10)μg/m L浓度范围内检测结果的线性拟合优度R^2>0.99,与ESE的Quant分析仪在相同检测范围内的准确度一致性较好。

夹心法免疫层析试条的数学模型与仿真研究

基于夹心法免疫层析试条检测原理,结合对流扩散方程和流体动力学方程,建立了夹心法免疫层析试条动态反应过程的数学模型,并通过COMSOL软件对试条动态反应过程进行仿真。分别探究了目标待测物A浓度在0~20 mol/L,标记物P浓度在1×10!2~1×103mol/L以及硝酸纤维素膜的孔隙率在0~1范围内变化时,检测线上夹心复合物浓度关于位置和时间的浓度变化情况,并分析了各物质初始浓度以及试条结构对于检测结果和检测时间的影响。结果表明,在一定浓度范围内,目标待测物A以及标记物P浓度的增加将提高试条的定量检测性能,而孔隙率通过影响混合液流速和混合液中各物质反应接触情况来影响检测结果。

基于MEMS传感器的可穿戴跌倒监测系统的设计

为了降低跌倒对老年人造成的危害,本文设计了一种基于MEMS传感器的可穿戴式跌倒监测系统。采用MEMS传感器MPU6050与低功耗蓝牙芯片CC2541采集人体加速度与角速度信号;提出基于加速度与角速度的阈值算法,通过Matlab对采集到的数据进行仿真和分析,最终确定合适的阈值;采集人体运动加速度与角速度信号,将数据发送到Android手机上,手机进行语音报警并将GPS信息通过短信形式通知家人和医院。结果表明:该跌倒监测系统有效准确率达到98.8%。

竞争法免疫层析试条的数学模型与仿真研究

根据竞争法免疫层析试条的检测原理,本研究将其分为TwA和TnA两种模式,结合对流扩散方程分别建立其数学模型,并运用COMSOL软件对试条的动态反应过程进行仿真,得到检测线和质控线上各复合物浓度关于各影响因素的关系曲线。在TwA模式中,分析了待测物浓度[A_0]=0~20 mol/L,标记物浓度[P_0]=0.01~100 mol/L,检测线位于5~20 mm位置等因素对于检测结果的影响;在TnA模式中,分析了[A_0]=0~20 mol/L,[P_0]=0.01~100 mol/L,[A_0]和[P_0]两种物质浓度及孔隙率等因素对于检测结果的影响。结果表明,本研究建立的竞争法模型与仿真能探究各参数对于检测结果的影响,优化试条性能,从而提高试条检测灵敏度和实现定量检测。

电耦合型人体通信收发器的设计与实现

针对电流耦合型人体通信的特点,以FPGA为平台,分别设计出基于DDS的2CPFSK调制器、全数字锁相环位同步电路和信号解调器。此外,外围电路实现了发送端低通滤波、信号保持和接收端前处理等功能。最后对电流耦合型人体通信收发器的进行人体实验。实验结果表明收发器满足设计要求,可以实现数字基带信号在人体内的传输。

基于累积变化率的医学图像弱边缘检测算法

利用医学图像中像素灰度值变化趋势在组织内部像素和边缘像素中具有的不同特性,提出一种基于累积变化率的医学图像弱边缘检测算法。通过判断像素灰度值在不同步长下变化率的变化趋势来鉴别图像中的弱边缘,采用均值的方法对检出的边缘区域进行细化。理论分析和实验结果表明,该算法具有较强鲁棒性,在相同的阈值条件下,能够增加医学图像弱边缘的检出率。

金免疫层析法快速定量测定β-HCG试验研究评价

验证金免疫层析法(GICA)快速定量测定β-HCG在临床检验中的适用性和准确性及临床应用价值。用GICA法和化学发光免疫法(CLIA)测定β-HCG浓度,统计两种检测结果的符合率、相关性。结果表明:GICA法和CLIA法测定β-HCG浓度的结果相关性较好,两组检测数据成正相关。阳性符合率为97.9%,阴性符合率为96.4%,两种检测结果无显著性差异(P>0.05)。GICA测定β-HCG浓度,具有一定临床应用价值。

LED诱导与CCD采集的基因芯片扫描仪设计

针对激光共聚焦逐点扫描速度较慢,以及采用高压氙气灯加冷却型CCD方式照明光源寿命短的问题,提出采用大功率LED诱导和冷却型CCD采集的基因芯片检测新方法。由于发射荧光的强度十分微弱,极易被LED杂散光淹没,本文通过光照入口设计、消光暗室和光阑相结合的方案解决了光路中的杂散光问题。所设计的扫描仪可以检测出浓度为0.005μmol/L的荧光溶液,扫描基因芯片30 mm×30 mm探针面积的结果与博奥扫描仪相比一致性系数R2达到0.98,检测时长却只需55 s。相比于激光共聚焦仪器,该扫描仪具有结构简单,检测速度快的优点。

基于连续-离散扩展卡尔曼建模的p53-Mdm2调控关系研究

生物医学研究揭示,肿瘤抑制基因p53的表达水平与肿瘤的形成相关。p53相关的信号转导网络研究为揭示癌症、肿瘤的发病机制和寻找其治疗方法提供新思路,而p53和癌基因Mdm2的负反馈关系是该信号转导网络的核心部分。因此,研究p53-Mdm2的调控关系意义重大。基于电离辐射后人类白血病细胞中测得的时间序列基因表达数据,利用连续-离散的扩展卡尔曼(EKF)算法,建立带有延迟特性的非线性动态连续随机生物网络模型,模拟电离辐射后的p53-Mdm2动态调控过程。同时,对所建立网络的准确性进行验证,可得模型的误差率为0.85%。结果表明:所提出的算法是收敛的,可以预测基因的表达水平,准确地模拟p53-Mdm2调控网络受到电离辐射后的衰减震荡响应过程,该过程和生物实验结果一致。所提出的算法为生物学实验建模提供一种有效的方法,并可以为网络系统动力学特性的研究提供条件。

上转换发光材料应用进展及其检测系统的研究

上转换发光是一种稀土离子吸收2个或2个以上的低能光子而辐射出高能光子的发光现象。本文总结了上转换发光机理、纳米材料的发光特点,从生物成像、生物检测、光动力学治疗以及药物运输方面对上转换材料的应用范围进行概述。另外,对上转换发光检测系统在不同领域的应用情况做了深度归纳,对进一步开展上转换材料在检测设备上的应用具有启发性意义。