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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全方向M型心动图中非功能运动的分离和修正
由于受到血液的冲击和周围肌肉的牵拉,B超探测到的心脏运动包含了功能性和非功能性两种运动,由此获得的心动波形图不能准确反映心脏的功能.首先采用改进的Canny算法并辅以改进的径向灰度搜索算法提取左心室短轴轮廓,然后使用基于傅里叶描述子的运动提取方法和质心主轴法获取心脏的非功能性运动,并从复合运动中剔除非功能性运动.基于该方法得到的心动曲线消除了心动波形图中的多线、偏移和被平滑等现象,经修正后的采样方向线能够跟随心脏特定结构的各方向平移,没有出现心动曲线随非功能运动位移和特征点失落等情况,可更准确地反映心脏结构特定部位的功能性运动.
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基于物质灰度正态分布的CT断层图像匹配插值
基于医学CT断层图像中物质灰度呈正态分布的特性,提出一种新的插值算法.先分割CT断层图像,再为每个插值点搜索属于同种物质的佳匹配点对,后基于物质灰度呈正态分布特性获取插值权值,计算出插值点的灰度值.针对灰度值相差较大的匹配点对,传统的线性插值方法容易生成误差,新算法避免了这些插值点误差的产生.对于存在较多灰度值差异大的匹配点对的4组测试切片,测试结果表明,与匹配点对间传统的线性插值方法相比较,新算法的标记点均偏差平均降低29.55%,说明新算法具有良好的插值效果.
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基于概率判决极端学习机的癫痫发作预报研究
平均预报敏感度和误报率是癫痫发作预报中为重要的两个指标,针对在提高平均预报敏感度的同时误报率往往也会增高的问题,提出一种基于概率判决极端学习机的癫痫发作预报方法.该方法在利用平均相位相干指数对脑电信号进行特征提取的基础上,采用概率判决极端学习机进行分类,得到定量的分类信息之后,通过确定分类阈值来维持平均预报敏感度与误报率之间的平衡,后经平滑过滤得到发作预报结果.对21例难治性癫痫病患者的仿真实验表明,本方法的平均预报敏感度可达到80.4%,平均误报率可低至0.10 h-1,具有较好的预报性能;而且训练时间短,为临床的在线应用提供了有价值的参考.
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音调与语音Oddball实验的脑电流源模型分析
采用语音和音调Oddball实验范式,研究大脑离散电流源在靶刺激响应过程中的电流时间过程.采集了健康受试者的64导联脑电数据,建立并比较音调和语音靶刺激ERPs数据的区域源电流模型.结果显示:听觉靶刺激识别的主要神经源包括双侧颞上回和双侧脑岛.音调靶刺激识别引起右侧区域源的N2/P3幅度大于左侧,呈现右偏侧化,其中脑岛的右偏侧化较明显,而语音靶刺激识别引起左侧区域源N2/P3幅度大于右侧,呈现左偏侧化,双侧脑岛和双侧颞上回都出现明显的左偏侧化.研究表明:靶刺激识别这一脑处理过程随刺激模式的不同存在差异,音调靶刺激识别以右侧脑岛和右侧颞上回的激活更强,而语音靶刺激识别以左侧颞上回的激活更强.
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高频脉冲弱磁场检测技术的研究
生物医学领域中通常涉及高频瞬态弱磁场的应用,目前通用的磁感应强度探头无法满足MHz脉冲磁场的测量需求,为了准确测量MHz脉冲弱磁场,研究设计了对0.1~1 MHz脉冲磁场进行测量及标定的技术.设计一套由非铁磁性材料制成的脉冲磁场测量与标定装置,通过装置将磁场发生线圈与磁场检测线圈的相对位置精确固定.选用正弦脉冲施加于磁场发生线圈,采集检测线圈产生的感应电动势,根据法拉第电磁感应定律在Matlab平台编写算法,仿真计算得到MHz脉冲磁场强度并标定.实现了频率分别为0.5、1.0、1.5 MHz强度为μT量级磁场的准确测量,测量结果通过标定,与真实值的相对误差约为2.5%,保持较好的稳定性和一致性.
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基于弱化缓冲算子和GM(1,1)等维新息模型的骨折愈合应力预测
骨折愈合是个复杂的过程,为了保证骨折愈合的质量和速度,必须动态精确地预测骨折愈合过程中创伤断面应力的大小及其变化趋势,以便及时调整骨折治疗装置对创伤断面的施力.针对现有应力预测方法预测精度较低的问题,提出基于弱化缓冲算子和GM(1,1)等维新息模型的骨折愈合应力的动态预测方法.先将实测应力数据经过弱化缓冲算子作用,再利用GM(1,1)等维新息模型对弱化处理后的应力数据序列建立预测模型.设计活体山羊骨折模型进行动物实验,获取活体山羊骨折愈合过程中创伤断面的日平均应力,利用该方法进行建模,对骨折愈合过程中次日的创伤断面应力进行动态预测,并与基于GM(1,1)等维新息模型的应力预测结果进行比较.应力预测结果表明:所提出的基于弱化缓冲算子和GM(1,1)等维新息模型的应力预测方法具有很高的预测精度,以预测误差的平方和作为评价指标,其预测精度达到基于GM(1,1)等维新息模型应力预测方法的40倍以上,具有较好的骨折治疗临床应用前景.
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混合MOM/FDTD电磁分析方法及其在MR射频线圈设计中的应用
研究的目的在于增强磁共振射频线圈仿真的真实性,提高射频线圈设计水平,从而提高线圈的成像质量.充分利用矩量法(MOM)在计算复杂结构线圈上电流分布的优势,以及时域有限差分(FDTD)方法在仿真人体模型等复杂的不均匀电磁介质中的优势,通过惠更斯等效面将MOM和FDTD有机地结合到一起,形成混合MOM/FDTD射频线圈设计方法,并提出一种新的真实人体电磁模型建立方法,融入到混合方法中,充分考虑线圈与真实人体组织之间复杂的电磁相互作用.由该方法设计的原型线圈扫描图像的信噪比达到193.4dB,相比先前未考虑人体与线圈之间作用的方法,所以得到的图像信噪比提高了38.7 dB,从而验证了仿真设计的正确性.
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一种应用于视频眼震分析的瞳孔中心定位方法
为利用眼震红外视额图像进行眼震分析,介绍一种瞳孔中心定位方法.此方法基于形态学和区域连接标记算法,提出了左上邻域方法进行连通图像标记,并对图像进行连通区域分割,再进行连通区域合理校验和连通区域合并,终得到的瞳孔区域,通过计算获取瞳孔中心位置坐标,实时地把每帧图像得到瞳孔中心坐标通过曲线拟合出来,得到瞳孔的运动轨迹,从而获得临床所期望的诊断信息.眼动实验表明,此瞳孔中心定位算法简单,只需一次扫描图像标记,且定位速度比Hough变换法快一倍,能够满足红外视频眼震分析系统对瞳孔定位的实时性;基于同样的数据源,此方法的定位结果,与一种基于Hough的无现场校准的眼方向检测算法定位结果的相关度为0.975,同样可以获取良好的瞳孔运动轨迹,为眼震分析提供信息依据.
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基于心电和脉搏波数据融合的呼吸率估计
本研究提出了一种通过心电和脉搏波提取呼吸信号并基于卡尔曼滤波的多路数据融合估计呼吸率的算法.算法分别从心电的RR间期、R波的绝对高度和脉搏波搏动周期中提取呼吸信号,利用AR模型估计呼吸率,根据信号波形、节律和频谱特征获得反映信号质量高低的质量指数,然后基于信号质量指数和卡尔曼滤波残差进行数据融合,获得融合呼吸率.14名志愿者参加了实验.结果表明,融合呼吸率比单独从心电或脉搏信号提取的呼吸率更好地反映了呼吸率的变化.与压阻式呼吸传感器提供的参考呼吸率相比,融合呼吸率误差为(-0.03 ±2.78)次/min,而从心电RR间期、R波的绝对高度和脉搏法提取的呼吸率的误差分别为(0.62±3.30)、(0.42±3.47)和(-0.17±2.69)次/min.总体认为,基于多路数据融合的方法可以有效避免干扰的影响,较准确地估计呼吸率.
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恶性疟原虫多表位疫苗M.RCAg-1在大肠杆菌中的表达和纯化
在大肠杆菌中表达和纯化恶性疟原虫随机重组多表位蛋白疫苗M.RCAg-1,将目的蛋白纯度高化,回收率大化.从工程菌BL21( DE3)-M.RCAg-1/pDS-eX提取重组质粒进行测序验证,用IPTG诱导表达,分别采用Ni亲和纯化,阴离子交换层析和凝胶过滤层析等不同组合方式的5种纯化方案进行纯化,根据终纯度和回收率选择佳纯化方案.Ni-NTA Agarose特异性好,一步纯化后M.RCAg-1纯度可达79.98%,后续的两步阴离子交换和分子筛纯化能显著提高M.RCAg-1的纯度,终纯度可超过99%,回收率大于15%.试验确立了恶性疟原虫多表位蛋白疫苗M.RCAg-I在大肠杆菌中的表达和纯化方案,为下游放大生产和进一步研究M.RCAg-1的效果奠定了基础.
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局部信息约束的形状导向水平集算法对下颌管的分割
针对下颌管在CT成像中相对于周围组织的模糊特性,提出一种基于局部信息约束的形状导向水平集算法,对下颌管进行高精度分割.首先根据下颌管分布的位置,重建出下颌管相应部位的多个侧断面,并进行下颌管提取;然后利用主成分分析方法(PCA),对下颌管进行先验形状统计;之后在形状导向水平集算法的基础上,引入下颌管周围组织的局部信息,对水平集演化的能量函数进行约束,以改进在模糊区域水平集的分割效果,从而有效地实现对任意侧断面中下颌管的分割.通过利用分割精度对感兴趣目标的分割结果进行度量,得出形状导向水平集算法的平均分割精度为4.19%,而本算法的平均分割精度为1.82%.该方法能有效对患者的下颌管进行精确的分割,为临床下颌管的定位提供了一种行之有效的新方法.
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常用影像方法在乳腺癌辅助诊断中的性能对比
为降低良性活检的发生,对于经乳腺X线摄像检查发现的可疑病灶(根据乳腺影像-报告和数据系统BIRADS归为3~5类,无法明确其良性/恶性),进行辅助诊断就显得尤为重要.但是,对于常用的影像诊断方法(如超声、磁共振、核素成像以及电阻抗扫描成像等),在这一具体临床应用中的诊断性能,目前尚缺乏明确认识.通过全面检索2000~2011年间发表的相关研究文献,采用Meta方法在大量病灶样本基础上明确了各个影像诊断方法的诊断性能.超声、磁共振、核素成像以及电阻抗扫描成像的灵敏度及95%置信区间分别为81.3% (0.794,0.831)、90.0% (0.883,0.916)、84.4% (0.821,0.866)和81.0% (0.778,0.839);特异度及95%置信区间分别为93.0%(0.921,0.938)、82.9%(0.811,0.846)、83.6%(0.816,0.855)和67.9% (0.651,0.707);准确度及95%置信区间分别为94.7% (0.924,0.969)、93.4% (0.894,0.973)、92.8%(0.900,0.955)和76.9% (0.691,0.846).统计分析结果表明:在乳腺癌影像辅助诊断应用领域,磁共振方法灵敏度高,超声特异度好.从准确度角度考虑,超声、磁共振和核素成像3种方法准确度相当,不存在统计学上的显著差异.电阻抗成像方法灵敏度较高,但特异度相对较低.在实际应用中,结合各个方法的诊断性能采取单一的(超声/磁共振/核素成像以及电阻抗成像)或组合的(磁共振再辅以超声)影像方法进行辅助诊断,良性活检率可由80%降低为25.7%/43.0%/43.8%/61.2%,甚至6.4%,但同时存在一定的漏检率(10.0%~27.0%).实际应用中,应对经辅助诊断判为良性的患者采取进一步的短间隔随诊,以减少漏诊可能带来的不良影响.
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L-曲线估计正则化参数对高刺激率听觉诱发电位重建的影响
探讨在暂态的听觉诱发电位(AEP)重建问题中,当一些L-曲线中出现多个拐点,给正则化参数的确定带来困难时,如何确立优的正则化参数.本研究提出把高刺激率下AEP去卷积问题转化为一个线性系统逆问题处理,并且引入正则化技术修正目标函数,以解决由于变换矩阵的病态条件带来的无效解;同时采用一个十分典型的正则化参数估计常用方法(L-曲线法)估计正则化参数;针对L-曲线方法存在欠估计的情况,提出在参数选择过程中结合AEP的先验知识,选择L-曲线曲率图中其他曲率极大值点所对应的正则化参数.结果表明,L-曲线方法在大多数情况下,能较好的估计正则化参数,在存在欠估计问题时,则要重新正确选择正则化参数.再重建的暂态AEP与常规AEP的相关系数分别提高了0.14和0.21,相对误差分别下降了0.30和3.25,从而实现暂态AEP信号较好重建.正则化参数控制着目标函数中正则化的程度,对暂态AEP的重建性能影响很大,对于存在复杂曲率结构的L-曲线,根据AEP自身范数的取值范围能够方便地确定出合理的正则化参数,从而改善了AEP重建性能.
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第二心音主动脉瓣分量和肺动脉瓣分量的提取方法
提出了一种基于模拟退火算法的第二心音(S2)主动脉瓣分量(A分量)和肺动脉瓣分量(P分量)的提取方法.假设A分量和P分量服从包络调制的chirp模型,并用18个参数来表达.在小均方误差准则下,通过模拟退火算法为A分量和P分量估计出优参数,从而重构出A分量和P分量.仿真结果表明:在无噪声条件下,重构A分量和P分量的均方误差分别在1%和8%以内;在- 15 dB的加性高斯白噪声条件下,重构A分量和P分量的均方误差分别在1.5%和10%以内.进一步提取了10位志愿者S2信号的A分量和P分量,并用两位志愿者的颈动脉重搏切迹验证了重构的A分量和P分量的分界时刻,证明了方法的有效性.
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基于小波和卡尔曼平滑的事件相关电位单次提取
本研究提出一种事件相关电位单次提取方法,可有效减少实验次数,并可探索实验之间ERP的变异性.此方法基于小波和卡尔曼平滑,首先利用小波变换考察ERP平均信号的时频特性,根据ERP不同分量出现的时间位置,在不同尺度上选取特定的单次实验ERP小波系数构成观测向量,其为真实ERP小波系数状态向量与噪声之和,然后对观测向量进行卡尔曼平滑,后对卡尔曼平滑后的小波系数进行小波重构,得到单次提取的ERP信号.仿真实验表明,基于小波和卡尔曼平滑的方法不仅信噪比提高约16 ~ 18 dB,优于30次叠加平均、简单小波方法和基于高斯基函数的卡尔曼滤波方法,还可以跟踪ERP的幅度趋势变异性.与基于高斯基函数的卡尔曼滤波方法相比,所提方法降低了计算量.真实脑电ERP提取实验表明本方法较好地从单次记录中提取出了事件相关电位,并可解释ERP因适应和应激引起的趋势变异性.
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新型聚己内酯/磷酸钙支架的制备及生物相容性研究
探讨新型聚己内酯( PCL)/磷酸钙(CPC)复合材料支架的制备方法及对骨髓基质细胞(BMSCs)的生物相容性.采用溶液共混法,利用可溶盐晶体做造孔剂,制备PCL/CPC复合材料支架,以单纯PCL和CPC支架为对照组,Q800型动态力学分析仪进行动态力学性能试验(DMA),采用排水法测量孔隙率;灭菌后通过与犬BMSCs体外共同培养后细胞形态、生长曲线、碱性磷酸酶(ALP)染色和半定量及骨钙素(OC)半定量等方法检测细胞在支架材料上的黏附、增殖及成骨分化情况,动物体内异位成骨检测其成骨情况.结果显示,复合材料的储能模量在PCL/CPC比例为7:3时达到大,制得的材料孔径为250~350μm,多孔支架的孔隙率为70%~80%;BMSCs在新型PCL/CPC组、CPC组支架表面分布均匀,生长增殖明显较PCL组活跃(P<0.05);PCL/CPC组、CPC组BMSCs成骨行为与PCL组之间有显著差异(P<0.05).动物体内异位成骨检测提示,4周时PCL/CPC组为13.78%±1.60%、CPC组BMSCs为15.29%±1.20%,成骨显著强于PCL组BMSCs的7.56%±2.20%(P<0.05),表明PCL和CPC的复合明显改善了两种材料的缺陷,获得的PCL/CPC支架具有良好的生物相容性,可与BMSCs共同构建具有成骨能力的三维立体组织工程化骨.
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静电纺胶原/丝素复合微纳米纤维的制备及细胞相容性研究
采用静电纺丝技术制备胶原/丝素复合微纳米纤维,对其理化性能进行表征并观察其细胞相容性.以六氟异丙醇(HFIP)为溶剂,将胶原和丝素以100∶0、70∶30、50∶50、30∶70、0∶100的质量比共混进行电纺.制备的五种材料经戊二醛蒸汽交联12 h.采用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、热重分析和拉伸力学性能测试等方法对其理化性能进行表征.材料种植成纤维细胞后,通过扫描电镜和噻唑兰(MTT)比色法观察其细胞相容性.结果显示制备的纤维平均直径在550 ~1 100nm之间,随着丝素含量的增加纤维平均直径增加.交联后纤维的β化程度、结晶度和热稳定性均有一定提高,且随着丝素含量的增加提高越明显;交联后材料的力学性能优于交联前;当丝素含量为70%时,纤维膜的平均断裂强度为(8.70±1.05) MPa,高于其它配比的纤维膜.细胞在材料表面生长状态良好;丝素含量为70%组的细胞粘附和增殖高于其它组,与细胞培养板相比无显著性差异,表明其细胞相容性良好,可望成为一种新型的组织工程支架材料.
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部分缺失牙齿咬合面自适应重建算法
针对数字化口腔修复技术能够高效、可靠地实现对缺损牙体精确修复的特点,提出了一种部分缺失牙齿咬合面自适应重建算法,通过变形对应牙位上的标准牙模型得到重建后的缺失咬合面.首先基于缺损牙体的洞缘线信息将其划分为内、外两个标识区域;其次设计分块策略将标准牙曲面划分为3个变形区域;后对标准牙施加微分变形操作,将与缺失区域相对应的标准牙曲面作为重建后的咬合面.对3类常见的嵌体预备牙型的修复体设计试验表明,重建后的咬合面均能够保持局部细节形态,与预备体缺失区域匹配良好,为口腔修复CAD/CAM系统的临床应用提供了一套完整的嵌体修复体设计方案.
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基于听觉感知任务下的脑电驾驶实验研究
探索在听觉感知的交通信息提示下,进行左右手想象运动对车辆进行辅助控制的脑电特征.受试者在模拟的鸣笛和刹车环境中进行左右手想象运动控制车辆的前进和停止,对采集的脑电进行了基于公共空间模式CSP和线性回归算法的特征提取及分类,识别率达96.67%.结果显示:在与左右手想象运动相关的电极C3、C4上,均表现出右手想象任务引起的脑电幅值高于左手任务,大幅值差可达120 μV.结论:与传统的在视觉感知下进行的左右手想象任务相比,听觉感知任务下的脑电存在着很大优势:(1)两种想象任务引起的脑电幅值差异更大,更有利于信号的提取;(2)脑电的获取可以取代传统的双电极采集方式,选用C3或C4单电极实现.
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采用广义似然比检测的肌肉收缩起始时刻判断算法
肌电假肢利用残肢残存肌肉的肌电信号实行对假肢的控制.对于低信噪比的残肢表面肌电,本研究采用广义似然比检测方法判断肌肉收缩起始时刻,其中判别阈值与肌电信号信噪比有关.针对不同信噪比的模拟肌电信号,采用离线仿真方法得到肌肉收缩起始时刻检测误差小的判别阈值,得到信噪比-经验阈值拟合曲线,确定信噪比与阈值的对应关系;根据肌电信噪比由阈值拟合曲线得到判别阈值,采用似然比检测算法在线分析肌肉收缩的起始时刻.与传统算法比较,对于模拟肌电信号,本算法误差均值和标准差分别减小35%和43%;对于真实肌电信号,误差均值和标准差分别减少29%和23%.可见在小信噪比条件下广义似然比检测算法判断肌肉收缩起始时刻较传统算法更为准确.
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一种液基宫颈细胞制片满意度图像自动快速评价
根据Bethesda 2001会议制定的评判标准,将制片测试分为“标本评估满意”或“标本评估不满意”两种类别.为此提出一种液基宫颈细胞制片满意度图像的自动快速评价方法.应用基于HSB颜色空间的分割方法,采用时间复杂度进行快速检测,通过炎症细胞覆盖模型进行细胞数目的统计.利用从医院采集的100张宫颈细胞图像进行Matlab仿真实验,根据判读标准对此方法的有效性进行验证.实验结果表明,处理一幅液基宫颈细胞制片满意度图像的时间在500 ms以内,而且准确率达到90%以上.该方法应用在快速评价液基宫颈细胞制片满意度上可以达到较好的效果,在工程上应用是可行的.
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植入体内的含铜宫内节育器表面吸附及铜离子释放研究
宫内节育器是我国育龄妇女使用的主要的避孕方法,提高其质量有重要意义.含铜宫内节育器的铜在宫腔内腐蚀溶解产生Cu2+,利用铜离子的生物毒性可杀死精子或抑制精子活动,但铜表面的吸附物会阻碍铜离子的释放.通过实验,研究体内环境下含铜宫内节育器表面的吸附及铜离子的释放.将含铜宫内节育器的铜管植入兔宫腔后,分别于不同时间取出铜管,用扫描电镜观察表面形貌,并用石墨炉原子吸收法测血清中的铜离子浓度.植入20 min后,铜管表面可见红细胞吸附;1h后,有巨噬细胞吸附在铜表面;3h后,另一种巨噬细胞吸附在铜表面.随着植入时间的延长,铜表面的腐蚀越严重,表面越粗糙,吸附物越多.通过系统评价和测Cu-IUD家兔子宫内放置不同时间后血清Cu2+的变化,为今后国内外进行Cu-IUD血清Cu2+代谢研究提供技术指导和参考.
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基于体域网的动态呼吸监测系统设计
为了实现日常生活的动态呼吸监测,本研究设计了一种电子健康腰带.利用“体域网”的穿戴式人体生理参数动态监测技术和呼吸感应体积描记术(RIP),将电感传感器嵌入织物中,设计了动态呼吸监测穿戴式微系统.对22位被测试者进行了不同日常生活活动(坐-走-跑-恢复)和连续6h的睡眠呼吸监测实验.结果表明:在不同日常生活中,呼吸率的平均测量精度约为95%.所设计的基于体域网和RIP技术的呼吸波监测腰带,可用于日常生活和睡眠呼吸监测.
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 |