中国生物医学工程学报杂志
Chinese Journal of Biomedical Engineering 중국생물의학공정학보
- 主管单位: 中国科学技术协会
- 主办单位: 中国生物医学工程学会
- 影响因子: 0.61
- 审稿时间: 1-3个月
- 国际刊号: 0258-8021
- 国内刊号: 11-2057/R
- 论文标题 期刊级别 审稿状态
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利用脉搏波传播时间计算动脉血压的研究
本研究的目的是研究动脉血压和脉搏波传播时间的关系,探讨通过脉搏波传播时间计算动脉血压的可靠性.采用麻省理工学院MIMIC数据库,通过心电和光电容积脉搏波计算得到脉搏波传播时间,通过有创动脉血压获得平均动脉压,使用线性回归方法分段求得脉搏波传播时间和平均动脉压之间的线性方程,应用该方程结合脉搏波传播时间计算动脉血压,并与实际血压比较评价算法的效果.结果表明,脉搏波传播时间和动脉血压存在负相关关系,在一定时间范围内,可通过脉搏波传播时间计算平均动脉压,均方根误差小于5 mmHg.对临床采集数据的分析同样说明,通过脉搏波传播时间计算动脉血压是可行的.
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基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法研究
探讨一种基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法,以减少在胸腹部的肿瘤放射治疗中由于呼吸等因素造成肿瘤位置动态位移而引起的治疗误差.使用由双摄像机组成的计算机视觉系统,实时匹配出标记物在左右两摄像机采集的图像中的具体坐标,依据双目成像的基本原理,计算出标记物在腹部表面的三维坐标值,结合时间参数,计算出该特征点三维坐标的变化情况,以此来完成对呼吸运动的实时跟踪.在目标跟踪过程中,使用鲁棒性强的SIFT(scale invariant feature transform)算法作为目标图像匹配的方法,并且在算法设计过程中,采用动态选择待匹配图像和局部搜索的策略.实验结果表明,目标图像匹配精确,减少了提取图像SIFT特征所需要的大量时间.在一个呼吸周期内,视觉测量的标记物的大运动范围与实际测量值不超过0.2 cm,且能够做到实时性计算.该模型的运行精度高,能够较好地实时跟踪人体的呼吸运动.
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基于混响室内电磁环境对异常低温人体的温度恢复研究
低温环境、严重创伤或重大手术往往会造成人体中心温度低于35℃的低体温状态,导致机体生理功能的紊乱以至死亡.对低温人体及时而有效地复温,是挽救生命的重要手段.既要有效复温又要使复温过程不对人体造成新的伤害,要求所采用的方法既能使复温速度在人体生理功能能够承载的前提下尽可能地快,又能使人体内各处的温度尽可能地均匀.基于混响室理论,采用FDTD方法,计算在电磁波照射下精细人体仿真模型内的分布比吸收率,并依据热传导方程分析人体内的温度分布.给出用频率为40 MHz和915 MHz电磁波进行人体复温时,满足ICNIRP辐射限值标准的功率密度;提出体温在28℃之前用40 MHz电磁波照射使其快速复温,接近28℃时用915 MHz照射使其均匀复温的方法.
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电穿孔过程中细胞膜电导率变化条件下的跨膜电压研究
基于经典球形单细胞五层介电模型,并考虑电穿孔过程中细胞膜电导率的变化,对微秒脉冲电场作用下的细胞内外膜跨膜电压进行了仿真分析,以及脉冲电场诱导人宫颈癌细胞系Hela凋亡的实验研究.仿真分析发现,随着细胞穿孔程度的加剧,细胞膜电导率增加,内、外膜跨膜电压的比值不断增加,表明外加脉冲电场对内膜的影响不断增强,其作用靶点逐渐透过细胞膜进入胞内细胞器.同时,实验结果也表明随着脉冲电场场强不断增加,微秒脉冲电场所诱导的Hela细胞的凋亡率随之增加,从而间接证实了仿真分析的结果.现有研究普遍认为微秒脉冲电场的作用靶点为细胞外膜,本研究关于微秒脉冲电场对细胞内膜作用的研究结果是对已有研究的重要补充和发展.
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独立分量分析在神经元锋电位分类中的一种新应用
爆发式锋电位(Burst)是大脑神经元动作电位发放的一种常见形式,它在增强神经信号传递的可靠性以及形成突触可塑性变化等方面具有重要的作用.在细胞外记录的锋电位信号中,同源Burst也表现为幅值和波形都明显变化的一串高频发放序列,这给神经元序列的正确分类提出了难题.为了解决这个问题,本研究设计了一种四极电极记录的锋电位信号检测和分类方法.在阈值法检出锋电位的基础上,首先根据锋电位时间间隔指标检出候选Burst信号小段,然后利用独立分量分析(ICA)的盲源分离特性,区分每个小段信号中所包含的不同来源的锋电位,再用于后的整体信号的锋电位聚类.实验记录数据和仿真数据的检验结果表明,该方法不仅能够将来自不同神经元的Burst和单发放锋电位正确分类;而且,由于ICA应用的对象是短时间的候选Burst信号,因此,即使对于4通道信号也能够满足ICA源信号数量小于记录信号通道数的限制条件,同时,短信号处理又避免了ICA计算量大等问题,为Burst的正确检测与分类提供了一种新方法.
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银包覆TiO2纳米薄膜的光催化杀菌性能
采用射频反应溅射法在玻璃衬底上制得均匀透明的TiO2纳米薄膜,通过离子溅射仪在纯TiO2薄膜上制备银包覆TiO2复合薄膜.利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征技术研究了银包覆TiO2薄膜的晶体结构和表面形貌.XRD和SEM观测结果显示:射频功率为250 W时,薄膜表面光滑平整,颗粒均匀,大小在30~80 nm之间,属于锐钛矿型TiO2结构.杀菌性能测试表明:在光催化杀菌范围、速度和效率上,银包覆TiO2纳米复合薄膜较纯TiO2纳米薄膜及纯Ag薄膜明显提高,近紫外光催化10 min时,银包覆TiO2纳米复合薄膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的杀菌率均达到90%以上.
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一种基于KPCA和形状先验知识的图像分割模型
对含有噪声、遮挡和信息缺失的图像进行分割,如果仅使用图像自身信息难以得到满意的结果.因此,本研究提出了一种新的融合图像信息和形状先验知识的可变形模型.在Chen等人的工作基础上,提出用核主元分析(KPCA)代替主元分析(PCA)来捕获形状信息.KPCA能更好地表示形状先验知识,允许待分割的目标形状与先验形状存在较大差异或非线性变形,而PCA需两者足够接近.同时,所用的分割模型包含了图像信息项和形状先验项,充分考虑了在分割过程中平衡全局图像信息和形状先验知识的相互作用.将本研究的模型和基于PCA的分割模型应用于合成图像和医学CT图像,结果表明KPCA更能准确地识别出与先验形状差异较大或背景污染严重的目标物体.
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用改进的耦合水平集方法从MSCT中分割左心室
新型的多层螺旋CT(MSCT)能提供含有时间信息的四维CT成像数据,可用于动态心、肺功能的分析,但如何从中自动或半自动地精确分割出心脏和肺等器官是研究成功的关键.提出一种基于改进的耦合水平集自动分割方法(ICLS),从心脏MSCT数据集中精确提取左心室腔和心肌.根据层片间的结构连续性,自动定位并获取左心室腔的粗轮廓,作为水平集的初始化轮廓,同时,将腔粗轮廓和左心室先验知识融合到耦合水平集中,自动获取左心室内外膜的精确边缘.在8例256层MSCT三维心脏数据集上的实验表明,ICLS模型对血腔的分割结果和手工分割结果的平均相似度在95%以上,心肌的平均相似度在90%以上;分割结果的三维表面重建验证了ICLS方法提取出的左心室具有良好的各向同一性和完整性.
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Chirp编码激励在超声弹性成像系统中的应用研究
超声弹性成像正在成为一种新的临床诊断工具,然而低质量的应变图像降低了其临床使用价值.为了提高应变图像质量,利用Chirp编码激励可以提高超声回波信噪比,代替传统的短信号,将Chirp编码激励应用到一个实时的超声弹性成像系统上,该系统采用普遍的商用线阵探头.在一个仿真人体组织的弹性成像模型上,对比和分析了Chirp信号和传统短信号的性能,并测试和分析了位置估计算法、脉冲长度、加窗函数和中心频率等因素对弹性成像系统的影响.实验结果表明Chirp信号使应变图像的弹性信噪比增加了27%,对比噪声比提高了78%.
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一种病变眼底图像的配准方法
对于具有病变的眼底图像,血管结构不够清晰,采用基于血管分割和血管分支点、交叉点等眼底图像配准方法具有一定的局限性.为了解决这个问题,提出一种基于不变特征的眼底图像配准方法.提取眼底图像的尺度不变特征(SIF)作为特征点,提出双边“或”的Best-Bin-First (BBF)算法进行特征点匹配,并根据特征点具有旋转不变性的方向特征和空间斜率及空间距离等几何特性的一致性检测去除误匹配,精化匹配特征,利用得到的匹配特征进行M估计得到眼底图像的变换关系.通过对不同程度病变的眼底图像数据进行配准实验,观察配准结果,对比匹配特征的正确匹配数量和分析衡量配准精度的均方根误差.结果表明,该方法实现了良好的细节对齐,保留了足够的正确匹配对,对实验的病变眼底图像配准成功后的均方根误差均小于1,且浮动于0.5左右,验证了方法的精确性和有效性.
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电化学实时定量PCR仪热循环系统温度特性研究
为使电化学实时定量PCR仪能够满足PCR扩增过程对温度特性的要求,对普通PCR芯片进行了结构和材料方面的优化,设计了一种电化学实时定量多通道PCR芯片.利用有限元仿真软件ANSYS分析了PCR芯片温度特性,并提出了隔热和热补偿的措施来改善电化学实时定量PCR仪的热循环系统,通过仿真验证了方案的有效性.首先采用环形结构改善芯片各通道温度的一致性;同时针对电化学检测特点,采用由单晶硅片、铝片和聚碳酸酯组成的三层结构来减小芯片反应池的热迟滞性.其次,在该芯片有限元模型的基础上进行温度场仿真;先采用稳态分析方法确定隔热层厚度与热补偿温度来削弱芯片与外围空气的对流换热作用,以改善芯片的温度准确性与均匀性;再通过瞬态分析测试改善后热循环系统中芯片的热迟滞性和恒温性.改善后热循环系统的热分析结果为:芯片温度准确性与均匀性误差小于0.2℃,各通道温度一致性误差为0℃,试剂升降温速度分别为4℃/s和3℃/s.结果表明该热循环系统的温度特性能够满足PCR仪工作性能的要求.
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中心组合设计法优化雌二醇PEG-PLA微球制备工艺研究
利用中心组合设计法优化雌二醇聚乙二醇-聚乳酸微球制备工艺,提高微球制备质量,并对其特性进行预测.采用油/水乳剂溶剂挥发法制备微球.自变量为水相聚乙烯醇浓度、有机相聚乙二醇-聚乳酸浓度和理论载药量,以微球产率、包封率、平均粒径和跨距为因变量,对各自变量的各水平进行多元线性回归和二项式拟合,根据因变量面法选择较佳工艺条件并对优化区间进行预测.结果表明,产率、包封率、平均粒径和跨距用二项式模型拟合较好,复相关系数R分别为0.912 6、0.964 2、0.963 2和0.962 8,包封率、平均粒径和跨距的预测值与实测值的偏差分别为2.84%、7.56%和8.58%.中心组合设计法优化处方和制备工艺,方法简便,可对多因素和多指标的实验进行综合优化筛选,对试验结果预测较准确,是进行处方和制备工艺优化筛选的较佳方法.
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基于脑电运动速度想象的单次识别研究
基于运动想象脑电节律活动的脑-机接口是脑-机接口系统研究中的重要范式之一.本研究给出一种基于运动速度想象的新的研究范式,探索在该研究范式下对运动速度想象具有反应性的脑电节律活动,并进行单次识别.采集了4个健康志愿者想象左手食指快速运动(4 Hz)和慢速运动(1 Hz)时的脑电信号,速度由节拍器定节奏和训练.通过能量谱分析,在C3、Cz和C4通道发现了对运动速度想象具有反应性的频带:9 Hz至13 Hz.提取通道C3、Cz和C4上9 Hz至13 Hz频带能量构建特征空间,分别利用Fisher判别分析和多层感知器神经网络进行运动速度想象的单次识别,对于左手食指快速运动和慢速运动想象,Fisher判别分析和多层感知器神经网络取得的平均误分类率分别是27.7±1.2%,28.4±4.6%,正确识别率均在70%以上.结果表明,尽管运动速度想象的单次识别是一个困难的挑战,但通过精心设计研究范式,适当训练被试,能够诱发出对速度起反应的特征频带,基于脑电单次识别运动速度想象是可行的,该研究可望能够为脑-机接口提供额外的新的速度控制参数.
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一种基于海岛冲刷模型的乳腺钼靶肿块检测新算法
乳腺癌是威胁我国妇女身体健康主要的恶性肿瘤之一,乳腺钼靶图像中肿块的自动检测是乳腺癌的计算机辅助诊断领域的研究热点.提出一种基于海岛冲刷模型的肿块检测新算法,通过模拟一个海水上涨并不断侵蚀大陆与海岛的迭代过程,逐步剥离乳房中的脂肪甚至腺体组织;通过模拟海岛居民防洪筑坝的行为,不断维护疑似肿块形态的完整性,从而终达到对肿块的分离与检测.在整个检测流程中,使用了模糊神经网络技术对一些应变参数进行自适应调节.实验结果表明,与一些传统的检测方法相比,海岛冲刷模型对肿块尤其是一些隐匿性肿块拥有较高的检测精度,在每幅图像有3.85个假阳性时能获得94.31%的真阳性检出率.
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一种新的T波交替量化评估联合算法
T波交替是预测恶性心律失常和心脏猝死危险性的一个无创的临床指标.针对目前T波交替(TWA)量化分析方法的不足,提出基于时频分析和相关分析相结合的T波交替联合分析算法:通过对预处理过的心电信号的连续小波变换,计算T波序列在指定时频窗内的能量谱,并对其分段统一编秩,再运用秩和检验方法定性判断T波交替;在此基础上,对T波交替的信号段进行T波的时域相关分析,确定交替的频次和程度,提取时域量化指标,为猝死和失常分析提供更丰富的时频特征信息.仿真实验表明,该算法对TWA检测的平均灵敏性达91.2%,在30 dB及以上信噪比的情况下,TWA被100%正确检测.临床数据检测结果表明,本算法对TWA幅值检测结果和临床应用的谱方法检测结果的相关系数达0.96.
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壳聚糖纳米纤维支架对猪肝细胞分泌猪内源性逆转录病毒的影响
探讨壳聚糖纳米纤维支架对肝细胞的PERV分泌量以及其感染性的影响.将新鲜分离的猪肝细胞接种于壳聚糖纳米纤维支架或普通条件下连续培养7d,分为实验组(Nano组)和对照组(Hep组).每天收集培养液检测逆转录酶(RT)活性,并通过RT-PCR和实时定量PCR测定PERV RNA水平.通过western blot检测细胞裂解液中PERV gag 30蛋白含量.细胞培养液体外孵育HEK293细胞以测定其感染性.结果表明:实时定量PCR、RT活性以及western blot具有相似的变化趋势.在体外培养10 h和2d出现PERV分泌高峰然后逐渐下降.除第6dPERV RNA水平和第5d蛋白水平实验组明显高于对照组外,其余均无明显差异.体外感染实验无HEK293细胞感染.壳聚糖纳米纤维支架会延长猪肝细胞的PERV分泌时间但对分泌量以及体外感染性并无明显影响,可安全用于生物人工肝.
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植入式微电子神经信道桥接系统体内无线供电模块设计及实验
“植入式微电子神经桥芯片”是采用微电子的方法实现脊髓损伤功能恢复的植入式系统.为解决这一系统的供能问题,设计并制作了无线经皮能量传输系统的体内供电模块.该模块包括接收线圈、整流芯片和稳压芯片,其中接收线圈利用印刷电路板(PCB)实现,整流芯片和稳压芯片利用CMOS工艺实现.通过板上芯片封装(COB)技术,将各个部分组成体内供电模块.配合前期制作的发射模块,利用猪皮等动物组织,进行模拟植入情况的“包埋式”能量传输实验.实验结果表明,尽管动物组织对能量传输效率的影响较大,但体内供电模块仍然可以为后续芯片电路提供1.8V的工作电压,初步实现了神经桥芯片的供能.
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脑电信号的分形截距特征分析及在癫痫检测中的应用
脑电信号的非线性特征会随癫痫发作而改变,脑电信号的特征分析和检测对癫痫的诊断和治疗具有重要意义.提出对癫痫脑电信号进行毯子维和分形截距的特征分析,并将分形截距应用于癫痫脑电信号的检测.首先提取脑电信号的分形截距和毯子维特征,并对两种特征的均值和方差进行比较,后使用支持向量机分类器,实现脑电信号的分类检测.发现癫痫发作时脑电信号的分形截距显著高于发作间期,而脑电信号的毯子维在发作前后变化规律则不明显.将分形截距作为分类特征,能有效地区分癫痫脑电与间歇期脑电,具有较强的癫痫脑电检测性能,分类检测的准确率达到96%以上.
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采用阈值修正法改善电阻抗图像质量
为了改善电阻抗图像重建质量,提出阈值修正法,并验证该方法的有效性.首先,阐述阈值修正法原理及阈值选取原则;其次,采用高斯牛顿算法和等位线滤波反投影算法,在多目标分布情况下,合理选取阈值,修正电导率,重构电阻抗图像;然后,对修正前后图像的相对误差和相关系数进行对比分析;后,对物理模型实测数据进行成像,并分析修正前后的两项图像性能指标.仿真结果显示,这两种算法在各自合理阈值的修正下,修正后重构图像的相对误差比修正前的相对误差分别平均减小了45.68%和48.36%,相关系数平均提高了33.86%和50.86%.实测结果显示,修正后的相对误差平均减小了47.69%,相关系数平均提高了11.26%.采用阈值修正法,合理选取阈值,可显著去除图像伪影,改善成像质量.该方法有效可行,有利于EIT技术在工业及生物医学工程领域发挥更大的优势.
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基于多尺度融合和相关性分析的全方向M型心动图优化研究
针对全方向M型心动图在对目标运动曲线检测过程因虚假边缘点而存在误检问题进行研究,在充分分析全方向M型心动图特点的基础上,设计一种结合多尺度融合和相关性分析的全方向M型心动图检测算法.该算法首先通过构建小波函数在不同的固定尺度空间下进行运动曲线检测,然后对不同尺度下检测出的运动曲线进行融合,后结合心脏运动的相关性信息生成正确的运动曲线.通过LEJ-2型全方向M型系统的实验表明,该算法能自动去除全方向M型心动图中目标运动曲线的虚假边缘、无关噪声等干扰,同时准确保留有用信息,从而大大减轻系统的人工干预程度,实现了对国家发明专利“全方向M型心动图方法及其系统98 125713.5”系统的优化设计.
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基于非任务相关ERP技术的飞行员脑力负荷评价方法
为研究不同飞行脑力负荷水平对被试脑功能的影响,在飞行模拟任务中,要求被试对平视显示器(HUD)仿真模型上所呈现的目标信息状态进行监视,发现异常信息后按指定键进行消除.实验通过设定所需监视的目标信息数量及刷新频率,以控制被试的脑力负荷水平.在进行飞行模拟任务的同时,对被试双耳输入oddball模式下的听觉刺激,要求被试忽略该声音刺激.记录和分析不同脑力负荷下的听觉失匹配负波(MMN).结果表明,在额中央区,与低脑力负荷相比,高脑力负荷下的MMN平均波幅增强,且与被试对异常信息的正确探测率成正相关.研究表明,听觉MMN对飞行脑力负荷具有较好敏感性,可为复杂飞行任务的脑力负荷评价提供一定的客观依据.
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不同骨科植入物对放射治疗的影响
分析商用的不锈钢植入物、钛基合金植入物以及自制的碳纤维植入物在放射诊断中的影像学区别及对放射治疗剂量的影响,探讨碳纤维植入物在放射治疗方面的应用前景.把3种不同材质的骨科植入物通过手术先后植入同一只家猪的同一只后腿,用普通模拟定位机和CT模拟定位机观察不同材质的骨科植入物对影像的影响,进而利用放射治疗计划系统分析不同植入物对放射治疗剂量的影响.结果表明,碳纤维植入物对影像的影响小,对放射治疗剂量分布的影响也小.相对于另外两种植入物,碳纤维骨科植入物在放射治疗的模拟定位及放射治疗中有着不可比拟的优势,有很好的应用前景.
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腔内隔绝术用支架的织物覆膜体外弯折疲劳的研究
腹主动脉瘤等血管疾病严重影响着人们的生活,威胁人们的生命.针对此疾病研制的腔内隔绝术用覆膜支架(Stent-graft,SG)能够有效地降低风险,减小患者的痛苦,但是不同品牌的支架产品存在一些问题.针对影响T品牌腔内隔绝术用覆膜支架疲劳老化性能因素的假设,根据模拟人体血管系统及腹主动脉处SG弯折运动方式的原理,成功设计搭建了具有弯折功能的SG体外模拟疲劳老化装置.实现了对SG进行弯折摩擦的体外模拟实验,初步验证了SG的疲劳老化机理,为进一步研究腔内隔绝术用支架的织物覆膜的疲劳老化性能提供了一定的理论与实验依据.
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基于先验估计和相关相位的实时超声弹性成像
基于互相关技术的经典超声弹性成像算法,采用启发式穷举搜索和插值法来提高成像速度和位移估计精度,但实时性和估计精度有限.本研究提出一种新算法,在运动追踪阶段使用先验估计加速追踪收敛速度,然后使用复互相关函数的相位进行亚采样点级精度位移估计,避免了启发式穷举搜索以及插值法所带来的较大计算代价.仿真和体模实验表明,新算法与经典的互相关形变估计算法相比,不仅成像速度大大提高,而且形变估计精度也有显著改善.以仿真的1%应变为例,抛物线插值法生成的弹性图像SNRe为4.8,而新算法生成的弹性图SNRe为11.3.结果证明提出的新算法是一种正确可行的高精度实时超声弹性成像方法.
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呼吸反馈的研究进展
呼吸反馈训练是一种安全、有效、费用低和非侵袭性的治疗过程,能够让患者学会控制和调节被测量的生理反应,并将其调整到健康水平.呼吸反馈被广泛应用于放松疗法、心血管疾病和呼吸相关疾病调节中.分析不同的呼吸参数对生物反馈的影响,总结呼吸反馈在临床中的应用,探讨呼吸反馈的内在机制,阐述生物反馈仪器的现状,后对呼吸反馈的新发展趋势和存在的问题展开讨论.
年 | 期数 |
2018 | 01 02 03 04 05 06 |
2017 | 01 02 03 04 05 06 |
2016 | 01 02 03 04 05 06 |
2015 | 01 02 03 04 05 06 |
2014 | 01 02 03 04 05 06 |
2013 | 01 02 03 04 05 06 |
2012 | 01 02 03 04 05 06 |
2011 | 01 02 03 04 05 06 |
2010 | 01 02 03 04 05 06 |
2009 | 01 02 03 04 05 06 |
2008 | 01 02 03 04 05 06 |
2007 | 01 02 03 04 05 06 |
2006 | 01 02 03 04 05 06 |
2005 | 01 02 03 04 05 06 |
2004 | 01 02 03 04 05 06 |
2003 | 01 02 03 04 05 06 |
2002 | 01 02 03 04 05 06 |
2001 | 01 02 03 04 05 06 |
2000 | 01 02 03 04 |
1999 | 01 02 |
1998 | 01 02 |
1994 | 04 |