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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基于投影纹理映射的球面斜投影校正方法研究及其应用
临床上采用平面显示屏幕的视功能诊疗设备,因视场角过小,无法模拟自然视觉环境,影响视功能的诊疗效果.本研究自主研发一种半球投射式的显示装置,对球面屏幕和斜投影所导致的几何失真问题,提出了一种基于投影纹理映射的球面斜投影校正方法,投射后的图像畸变小、效果好,接近自然视觉环境,改善视功能的诊疗效果.该方法假设人眼和投影仪满足针孔模型,根据投影系统的几何参数,利用OpenGL构建投影系统的计算机三维模型,将观察者视为投影仪设置投影矩阵,并将被投影图像映射到屏幕上,然后将投影仪视为观察者设置模型视图矩阵获得所需的预变形图像.该预变形图像由诊疗环境中的投影系统所使用,实现图像的几何校正.实验结果表明:该方法校正后的图像失真较小,矩形度为0.985 7;对640像素×400像素的图像平均处理时间约为0.031 s,能够较好地符合临床上视功能诊疗要求.
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关节软骨冻结过程热膨胀行为的实验研究
采用热机械分析仪(TMA)研究了不同低温保护剂及其不同浓度、降温速率对猪关节软骨降温过程热膨胀行为的影响.温度范围取0℃ ~-100℃,低温保护剂选用二甲基亚砜、甘油和1,2丙二醇,每种保护剂设置3种浓度,分别为10% (v/v),30% (v/v),60% (v/v).以热应变表征热膨胀行为.研究结果表明:关节软骨表面不同区域的含水量有较大差异,这会导致完整关节软骨冻结时的非均匀热膨胀现象;5℃/min时的冻结相变过程大热应变变化值为5.39% ±0.05%,是1℃/min(大热应变变化值为3.73%±0.06%)的1.45倍,但后者达到大热应变变化值所需时间是前者的3倍;低温保护剂能显著抑制关节软骨冻结膨胀行为,但在低浓度时(如10%(v/v)),二甲基亚砜(大热应变变化值为3.22%±0.07%)比甘油(大热应变变化值为4.20%±0.20%)和丙二醇(大热应变变化值为0.045 0±0.001 0)的热膨胀要小一些;而当浓度足够高时(如60%(v/v)),3种低温保护剂均能完全抑制关节软骨冻结膨胀现象,有利于保护关节软骨的生物力学性能.
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脑机接口控制的下肢功能性电刺激系统研究
研发基于脑机接口控制的功能性电刺激系统,服务于下肢的运动康复.脑机接口采用的是基于稳态视觉诱发电位的脑电信号技术.使用线性判别分析分类器来处理脑电信号的频域特征,实现对下肢5种运动状态的控制意图识别,即开始、快速、慢速、停止和空闲状态.识别的意图转化为指令触发电刺激系统,刺激下肢的相关肌肉产生运动,并测量关节角度.设计的系统在6位正常受试者上进行了单纯的脑机接口实验,其中2位分别进行了脑机接口控制的小腿摆动与下肢行走的电刺激实验.在小腿摆动实验中刺激的是股直肌,行走运动实验中刺激的是两条腿的髂腰肌、臀大肌、股直肌和腘绳肌.实验分析了电刺激尾迹对脑电信号的影响,结果表明设计的脑机接口可以准确地识别运动意图(平均识别率高于85%),并能够实现电刺激作用下与该意图相对应的下肢期望运动.
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新研制的老年不稳定型股骨粗隆间骨折半髋假体有限元分析
对计算机辅助设计的新型股骨粗隆间骨折半髋假体进行模拟人体植入后的三维有限元分析,检验其设计的合理性.对1名60岁正常男性志愿者进行双下肢的股骨中上段CT扫描,以DICOM格式导人Mimics11.1软件,建立股骨近端模型,模拟AO分型中A2.2型骨折(大、小粗隆均有骨折的不稳定型股骨粗隆间骨折)形态建立老年不稳定型股骨粗隆间骨折的模型,将计算机辅助设计生成的新型半髋假体的Pro/E文件导入骨折模型中按手术要求进行装配,然后利用Mimics11.1软件进行网格划分、单元保形优化以及按灰度进行单元弹性模量赋值,后导入Ansys11.0软件生成三维有限元模型,加载负荷,进行假体植入后股骨应力分布的量化分析研究.所研制的半髋假体植入人体后,力学加载后的应力云图显示假体柄与股骨接触应力主要由股骨粗隆部以下的骨干部所承担,大平均Von Mises应力值在17.69 ~26.41 MPa,而大、小粗隆处的应力水平较低,大平均Von Mises应力值分别为2.76和4.95 MPa.对于老年骨质疏松患者,所研制的股骨粗隆间骨折半髋假体属远段生物固定型假体,符合股骨粗隆间骨折治疗的要求,不易导致骨折分离和假体失稳.
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人-机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计与分析
对人-机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计进行研究,根据下肢的生物骨骼模型和下假肢膝关节设计技术,建立与人体下肢运动功能接近的刚体骨骼模型.分析人-机关节运动属性差异和人-机连接位姿偏差对人-机运动相容性的影响,基于人-机闭链的自由度分析和在人-机连接环节中增置连接关节,提出一种人-机运动相容的下肢外骨骼机构构型,并对无连接位姿偏差和有联接位姿偏差的骨骼-机构联体模型进行了ADAMS运动仿真分析.结果表明,在人-机连接环节中增置连接关节后,可以避免因人-机关节运动属性差异和人-机连接位姿偏差导致的人-机运动干涉现象,实现外骨骼机构运动与人体下肢运动的完全相容.
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基于对流-扩散-反应方程的肿瘤细胞生长趋势建模
癌症是威胁人类生命的主要疾病之一.应用数学和物理理论,结合计算机技术,将各种影响肿瘤生长的因素综合考虑,建立可靠的肿瘤生长趋势模型,对于获得肿瘤生物学过程的知识及优化治疗方案都有着重要的意义.综合考虑肿瘤细胞间黏着能量、细胞运动速度、细胞间压强、肿瘤内部质量交换及营养浓度分布等多个因素,以遵循质量守恒定律的对流-反应-扩散偏微分方程为基础,详细描述肿瘤细胞生长模型的建立原理和过程,并分析其合理性和实际意义.通过仿真实验,分析讨论模型中的重要参数,如肿瘤细胞维持可生长的低营养浓度、黏着能量参数和肿瘤初始形状等的意义以及对肿瘤细胞生长趋势的影响.仿真结果表明,构建的肿瘤细胞生长模型能够演化肿瘤向外生长扩张的趋势,并能够根据营养浓度的变化等条件演化出相应的结果,模拟出肿瘤生长过程中出现的突起结构,说明这是符合实际肿瘤细胞生长的基本模式.此课题的研究具有预测肿瘤生长趋势,辅助临床肿瘤治疗的实际意义.
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ChinaHeart左心辅助装置的动物在体存活实验
验证磁悬浮离心式左心辅助装置—ChinaHeart VAD的在体血液相容性和可靠性,评估其对实验动物主要终末器官的影响.通过6例健康绵羊的在体存活实验进行评估.在心脏不停跳的情况下,装置入口插入左心尖,出口与降主动脉吻合.术前和术后做血常规、生化及血凝检查,术后连续监测动物存活及辅助装置运行状况.择期动物安乐死后,进行终末主要脏器的宏观和病理学检查.4只羊术后3 ~28 h内因麻醉或手术意外死亡;2只羊成功复苏并分别辅助20 d和38 d后施行安乐死.对于成功存活的2例实验动物,术后护理期间血常规、生化和血凝检查结果均在正常范围内,辅助装置无机械故障发生.尸检时1只羊(存活20 d)血泵泵体内发现一肉眼可见小块血栓沉积,其余无血栓形成;组织病理检查发现2只羊左肺贴近辅助装置部位均可见有小叶性肺炎,其余终末脏器无明显病变发生.ChinaHeart VAD在体辅助期间血液相容性能良好,对各主要终末脏器无显著影响,具有较好的可靠性;动物存活实验中麻醉呼吸管理和手术操作也至关重要.
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Barker编码激励在眼科高频超声成像中的应用研究
为了平衡医学高频超声成像中纵向分辨率和探测深度这两项指标之间的矛盾,本研究提出了在眼科超声成像中,采用13位Barker数字编码激励并结合失配滤波解码压缩方法替代传统的单脉冲激励的方法.在对比各种编解码方式的优缺点的基础上,构建了眼科超声成像平台.仿真和实验结果表明,失配滤波解码技术的输出信号主副比是匹配滤波的9.7倍.与传统的单脉冲成像在安全性、分辨率、探测深度等方面比较,编码激励技术能有效地改善眼部组织超声成像的效果,具有较强的实际应用价值和市场前景.
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观看3D影像所致不适感的脑电功率谱特征分析
采集受试者脑电并进行分析,进而研究观看3D影像所致不适感反映在脑电中的特征信息,探讨脑电的功率谱特征与3D影像所致不适感之间的关联.采用2D和3D对比的方法,采集受试者观看2D影像和3D影像前、中及休息一段时间后的脑电,对两种观影条件下各时段的脑电信号进行功率谱及重心频率计算,进行统计学t检验,并设计主观感受信息问卷,作为脑电结果的对照分析.观看3D影像组的脑电功率谱在整个脑区都比2D影像组低,其重心频率在额叶区也较低,且存在显著性差异(P<0.05);而在休息后两者的脑电功率谱之间不存在显著性差异(P>0.05);此外,观看2D影像和3D影像均使主观感受信息的得分降低,且3D降低更多,但是两者之间没有显著性差异(P>0.05).结论:脑电功率谱及重心频率与观看3D影像所致不适感有较强的相关性,相比于观看2D影像、观看3D影像时脑电功率谱及重心频率降低,其所致不适感通过主观感受问卷也可体现.脑电功率谱特征结合主观感受信息的分析,为研究评价观看3D影像所致感的指标提供了一定的基础数据.
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基于虚拟通道ICA方法的诱发电位单导少次提取
脑电诱发电位的单导少次提取一直是生物医学信号处理领域倍受关注的问题.独立分量分析作为解决盲源分离问题的一种有效算法已被广泛应用于诱发电位提取之中.独立分量分析处理的是多路观测信号,且要求观测信号路数大于或等于独立信号源的个数.为了能够应用独立分量分析算法实现诱发电位的单导少次提取,引入虚拟通道构建观测信号矩阵,从而得到符合实际应用条件的算法模型.4路信号仿真实验表明了虚拟通道模型可以有效提取诱发电位.对12位受试者进行模式翻转视觉诱发电位测试,仅用单导连续4次记录即可实现诱发电位的初步提取,信噪比增加约为12 dB,当采用10路虚拟通道,信噪比提高约20 dB.4路和10路虚拟通道ICA方法下得到的多导联VEP相关系数的统计结果进一步证实增加虚拟通道的数量,EP信号提取效果也会更好.
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多层纳米金修饰膜的HCG表面等离子体传感器
探索一种可以高密度固定抗原的新方法,并用于研究多层纳米金修饰金膜表面包被抗原的新型人绒毛膜促性腺激素(HCG)表面等离子体共振(SPR)传感器.3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷(MPTMS)与纳米金粒子(AuNPs)可通过Au-S键在传感器金膜表面交替组装形成三维网络,膜表面空间结构中的纳米金经静电作用可吸附大量的小分子抗原HCG,从而获得多层膜修饰的HCG免疫传感器用于检测抗原抗体结合反应.用所构建的HCG传感器,直接检测不同浓度的anti-HCG抗体有良好的线性关系,且修饰两层胶体金膜比修饰一层时抗体响应的共振峰移动幅度提高了1.8倍,检测下限降低至1.5μg/mL.间接法测定了不同浓度的HCG,其浓度与SPR共振峰的位移呈负相关.实验通过修饰两层胶体金膜大大提高了金膜表面固定抗原的量,提高了检测抗体的灵敏度,并且进而用竞争法可检测HCG抗原而不需要用第二抗体进行信号放大.有望用于临床实验诊断.
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基于CSSD-DE通道选择算法的ECoG分类研究
在脑机接口(BCI)的研究中,通道在提取脑电信息的过程中起着十分关键的作用.本研究提出基于共空域子空间分解-微分进化算法(CSSD-DE)的脑机接口通道选择方法,并且使用逻辑线性分类器进行分类.在对皮层脑电信号(ECoG)进行通道选择的过程中取得了使用少数通道就可以达到令人满意的分类效果.当优通道个数为6,识别正确率达到93%,优于2005年脑机接口竞赛Ⅲ数据集Ⅰ的第一名的正确率(91%).并提出将大相关小冗余度(mRMR)和支持向量机回归特征消去(SVM-RFE)算法应用于通道选择进行对比,mRMR算法得出优通道个数为7,识别正确率为87%,SVM-RFE算法得出的优通道个数为6,识别正确率为81%.
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基于多分辨率GMI Demons算法的18F-FDG PET-CT图像配准在食道癌病例中的应用
18F-FDG PET和CT图像的精确配准在肿瘤的放射治疗中具有重要的临床研究意义,本研究采用全局刚性粗配准对食道癌病例中的PET和CT图像进行预处理,尽可能地减小摆位误差,然后使用基于互信息梯度的Demons算法(GMI Demons)进行局部形变配准,有效弥补内部器官误差,另外为了加快配准过程,保持图像的鲁棒性的同时避免局部极值,在形变配准前使用多分辨率图像金字塔结构.通过对10例食道癌病例的定量分析,大互信息值结果说明经GMI Demons算法配准之后的图像精度比基于MI算法要提高8.046% ±0.041%,配准前后临床上肿瘤靶区(GTV)大小的变化,说明经GMI Demons算法配准之后的GTV大小比基于MI算法配准之后的精度提高8.022% ±0.044%.两种定量结果的一致性和通过对图像的定性分析,说明该配准策略可以快速地精确肿瘤靶区位置,在制定精确的放疗计划和实际的临床应用中具有研究意义.
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一种用小波包变换提取眼电信号警觉度特征的方法
警觉度是指人集中注意力执行某项任务时所表现出的灵敏程度.为保证生产安全,很多岗位需要对工作人员的警觉度进行估计和预测,如高铁司机和危险品运输司机等.基于脑电和眼电等生理信号的警觉度估计与预测是警觉度研究的一个重要方向,如何提取眼电信号中的警觉度特征是该研究的核心问题之一.本研究应用小波包变换方法从水平眼电中提取不同频段能量的比值,以期找出高相关度的警觉度特征.探讨了水平眼电中16种不同的低高频分段的能量比特征,对特征分别进行了移动平均和线性动力系统去噪处理.实验表明,分段为(0~1.50 Hz)/(1.50 ~31.25 Hz)的能量比值与警觉度的相关系数高.35组实验的相关系数平均值为0.742,标准差为0.151,比已有的慢速眼动、快速眼动以及眨眼等11种特征中好特征的相关系数平均值提高了5.55%,标准差降低了6.62%.
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磁耦合谐振无线能量传输系统头部植入线圈对人体头部电磁辐射影响的研究
磁耦合谐振无线能量传输(Witricity)是一种新的无线能量传输技术,利用电磁耦合谐振原理实现中距离的电能无线传输,可定向传输能量,并且不受中间障碍物的影响,在体内植入器件领域具有很好的应用前景.本研究设计制作了一种适用于植入器件的小尺寸无线能量传输系统,通过MIMICS及HFSS软件分别建立人体头部三维数值模型以及体内植入线圈模型,应用时域有限差分(FDTD)方法,通过XFDTD软件计算头部比吸收率(SAR)及电场磁场强度.结果表明,应用Witricity技术对头部植入器件进行能量传输,人体头部10 gSAR平均值为9.262 7×10-6W/kg,电场磁场强度均方根大值分别为4.64 V/m和0.057 A/m,均低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的安全限值标准.
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医用可降解镁合金的研究进展
镁合金用于医学领域的研究总体说来还处于探索起步阶段,如何有效控制降解时间,改善力学性能,使其更适合人体生理,是目前研究亟待解决的关键问题.但随着镁合金研究的深入,尤其是材料选择及涂层技术方面的改进,镁合金的降解时间和力学性能的维持时间都有很大的提高.本文对近些年有关镁合金在骨固定材料以及合金支架方面取得的相关成果及主要面临的挑战作一综述.
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闭环植入式神经刺激器的现状与发展趋势
闭环植入式神经刺激器能根据患者生理信号的变化自适应地调整刺激参数的特性,使其成为研究的热点,患者的临床需求推动其设计开发的进展.介绍3种闭环植入式神经刺激器的作用机制和刺激参数评估的理论研究以及临床应用现状,这3种闭环植入式神经刺激器分别为代表中枢神经、外周神经及脊髓神经的脑刺激器,迷走神经刺激器以及脊髓神经刺激器.概括分析闭环植入式神经刺激器研究应用中未解决的问题和发展趋势,即闭环植入式神经刺激器的作用机制仍需要深入研究,刺激参数评估的有效性需要进一步提高,应用于临床的系统有待继续完善.
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骨修复复合材料及其相关问题的研究进展
寻找理想的骨修复材料一直是骨组织工程领域的研究热点之一.本文对近5年来骨修复复合材料及其相关问题的研究进展进行综述.首先简述了骨修复复合材料的研究现状,其中包括纳米复合材料、负载活性因子的复合材料、引入基因工程的复合材料、磁性复合材料.然后对骨组织工程材料的血管化问题进行了较为深入的探讨.后指出了目前骨修复复合材料存在的问题,并对其进行了前景展望.
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利用基于内容的图像检索技术的眼底图像计算机辅助诊断系统
设计并实现一个眼底图像计算机辅助诊断系统.利用基于内容的图像检索(CBIR)技术,提出一种综合考虑眼底图像颜色(灰度)直方图和明、暗区域等局部信息相混合来表示眼底特征的方法,并运用二维主成分分析法进一步提取非线性特征和降维.在相似性度量上,运用支持向量机和近邻分类算法.随机测试120个样本,系统检索错误的图片数为2张,其正确识别率为98.33%.该系统可用于异常眼底的筛查.
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HA混合生物玻璃制备TCP陶瓷支架及其性能的研究
磷酸钙陶瓷以其优良的生物兼容性与生物可降解性在组织工程学里被广泛应用,但较低的力学性能制约了其发展.羟基磷灰石(HA)混合一定量的生物玻璃,调节羟基磷灰石的磷钙比制得多孔磷酸三钙(TCP)陶瓷支架.实验表明当羟基磷灰石与生物玻璃的混合比在8∶2的时候,并在1 400℃下灼烧3h,可制得磷酸三钙陶瓷支架,经力学测试结果此支架的抗压强度为9.98 MPa;通过模拟人体体液分析得出此支架具有良好的生物活性,并通过9h的细胞增殖实验得出此支架具有较好的生物相容性.因此用羟基磷灰石与生物玻璃制得的磷酸三钙支架不但具有较好的力学性能,而且具有良好的生物活性与生物相容性,在生理环境中能促进细胞的分裂增殖,终使骨缺损部位完全被新的骨组织所取代.
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一种改进的模板匹配算法及其在ECG波形识别中的应用
基于相关系数的模板匹配算法无法区分波形信号f(t)与nf(t),因为模板p(t)与f(t)和nf(t)之间的相关系数相等.本研究提出一种改进的相关性算法,使得模板与信号进行匹配运算后得到的系数c∈[-1,1],并且只有在p(t)=f(t)时c值为1.利用此方法分别对ECG的R波和T波进行识别,可准确地区分R波和T波,并可确定模板波形的检测点.此方法与基于相关系数的模板匹配算法相比具有较好的波形检测特异性,可应用于各个领域的波形识别.
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直线加速器细胞照射剂量方法探讨
探讨直线加速器细胞照射具有剂量学优势的照射方法.用医用直线加速器照射细胞,机臂置0°垂直向下加1 cm补偿物照射和机臂置180°向上加1 cm补偿物照射,以及机臂置180°向上增加不同厚度的散射体五种方法照射,用剂量仪分别测量每种方法的剂量;在TPS计划系统中模拟计算每种方法的条件下的剂量;比较5种方法之间的剂量和每种方法的实际测量值和TPS计算值之间的差值.结果表明,机臂置180°向上加补偿物照射实际测量剂量提高5.65%,与TPS计算值的差别为2.01%,具有剂量学优势;机臂置180°向上加补偿物和不同厚度散射体,实际测量剂量逐步提高,加5 cm厚度散射体照射实际测量剂量提高显著为10.26%且与TPS计算值相差值接近,对剂量影响小.直线加速器细胞照射采用机臂置180°向上加补偿物的照射方法,避免了培养皿照射时空腔效应对照射剂量的影响;采用机臂置180°向上加补偿物和散射体的照射方法,即避免了培养皿照射时空腔效应对剂量的影响,同时也增加了剂量的背散效应,具有剂量学优势,加5 cm厚度散射体的照射方法,实际测量的剂量值和TPS计算的剂量值更接近.
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基于COP偏移量视觉反馈的人体姿态镇定
为探究视觉反馈对人体姿态控制的镇定作用,设计基于足底压力中心(COP)偏移量的视觉反馈指示器,在静态与视觉反馈的两种视觉条件下,考察12名健康青年人静止直立姿态的COP变化.对比两种视觉条件下人体姿态的摇摆速度、位移、覆盖面积及频率的差异,并利用配对样本t检验来验证姿态差异的显著性.实验结果显示,视觉反馈条件下,人体姿态摇摆的平均速度增大1.9%~7.6%、位移均方根减小20.2% ~30.1%、95%置信椭圆面积减小39.4%;前后方向平均速度、位移均方根和中位频率的变化率分别较左右方向大5.7%、9.9%和147.5%;中位频率由约0.1 Hz增大到约0.3 Hz.该结果表明,基于COP偏移量的视觉反馈对人体姿态控制有明显的镇定作用,且镇定作用表现出方向差异;镇定作用的产生可能与姿态控制频率的提高有关.
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 |