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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基于隐马尔可夫模型的老年人跌倒行为检测方法研究
随着社会老龄化程度的加剧,老年人的安全健康监护需求日益增加.跌倒行为在老年人日常生活中比较常见,它会给老年人带来严重的身体及心理伤害.因此,跌倒检测对于保护老年人的健康及安全具有重要意义.针对跌倒的运动过程,分析人体加速度变化特征,提出基于隐马尔可夫模型(HMM)的跌倒检测方法.将人体跌倒的加速度信号提取为加速度观测序列,并以此为训练样本训练隐马尔可夫模型,建立跌倒过程的概率模型进行跌倒检测.在验证实验中,采集10名志愿者共300例样本,采用5折交叉检验方法,对模型的有效性进行验证.验证结果表明,该方法检测跌倒的准确率为98.2％,灵敏度为91.3％,特异性为99.6％,具有良好的检测效果,可实现对跌倒行为的准确检测.
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基于极限学习机的室性早搏判别算法的实现
室性早搏是常见的心律异常疾病,给人的生命带来威胁,准确的心律异常诊断对于帮助人们预防心血管疾病起到重要的作用.以MIT-BIH心律异常数据库中的数据作为分析对象,提出一种基于极限学习机算法的诊断方法,主要包括信号预处理、特征提取和分类,实现心电信号室性早搏异常的判别.采用小波变换结合形态学算法,对信号进行预处理,去除干扰,得到纯净的心电信号.通过K-means聚类算法提取QRS波群等特征参数,根据这些参数建立正常窦性心律和室性早搏的正样本和预测样本,再结合极限学习机分类器进行样本训练匹配和分类识别.选取1 260个周期信号进行实验,结果表明,该算法能准确诊断出室性早搏异常,终阳性平均检测率达到95％,平均灵敏度达到96％.该算法相比其他算法,在识别精度相当的情况下,可极大提高算法的实时性,具有很高的研究价值,同时在移动医疗和临床医疗方面也具有一定的实用价值.
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基于表面肌电非负矩阵分解与一致性的肌间协同-耦合关系研究
肌肉协同模型是神经产生并控制运动的低维度结构,探讨不同动作任务下的表面肌电信号(sEMG)间的相干性分析,可以体现相应肌群的协同耦合关系,进而能从神经控制运动与肌肉相互配合协调的角度揭示运动产生与执行规律.组织8名年轻健康受试者(男女均半、20 ～ 24岁)进行上肢腕部屈、伸实验,采集动作时相应肌群的sEMG数据,引入非负矩阵分解(NMF)方法分析肌间协同性,并进一步对协同性较高的肌群采用一致性分析方法,研究信号beta(15 ～35 Hz)和gamma(35～60 Hz)频段的耦合强度关系,探讨腕部伸屈动作下不同受试者之间的协同-耦合性差异.结果表明:腕伸动作下,主动肌桡侧腕短伸肌(ECR)、指伸肌(ED)、尺侧腕伸肌(ECU)、肱桡肌(B)在协同模块W5中具有协同关系,且肌间耦合强度显著(P＜0.05),beta频段与gamma频段一致性显著面积相差较大(1.261±0.966);腕屈动作下,分别在协同模块W1W4 W5中存在具有协同关系的肌肉对,且肌肉间耦合强度显著(P ＜0.001),在beta和gamma频段一致性显著面积相差较小(0.412±0.163),但主动肌桡侧腕屈肌、指浅屈肌间不具有协同性,耦合关系较弱.以上说明:神经控制运动的方式不同,体现为肌肉协同-耦合关系有所差异;在同一协同模块中,协同性较高的肌肉间耦合关系较强,揭示神经控制运动规律与肌肉相互配合方式;运用此方法进行肌间协同-耦合联合分析,可望深入揭示中枢神经模块化协同控制运动机制,进一步为运动障碍患者功能分析和评价提供科学依据.
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检测微量维生素B2的便携式恒电位仪平台设计
设计并实现一种基于AVR单片机的便携式恒电位仪平台,用于食品中微量维生素的电化学检测.采用ATmega16为控制核心,选用AD7705和DAC8831作为转换芯片,集成运放选用OPA211为核心器件,软件优化校准逻辑设计,有效控制恒电位仪误差,实现恒电位设定功能和极化电流参数的测量功能.测试结果表明,恒电位仪的电位误差控制在mV级别,大误差约1％,测试电流下限达到1μA以内;与CHI660C商用平台进行对照性电学实验,验证该便携式恒电位仪的稳定性及灵敏性;平台应用性实验测得输出峰电流与维生素B2浓度呈线性关系,相关系数为0.994,初步实现对食品中维生素B2的快速检测.
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小鼠背部皮肤的在体阻抗谱实验研究
皮肤中角质层与其他层面阻抗的巨大差异,使得将皮肤作为一个整体的阻抗特性研究较难开展.研究在体条件下无创或微创地检测与分析包含角质层的小鼠背部皮肤的阻抗特性.使用Agilent 4294A阻抗分析仪,测量麻醉状态下的15只C57BL/6小鼠背部皮肤的电阻抗频谱,使用表面电极和银针电极,分别对应皮肤和活性皮肤层阻抗数据.在整个实验频率范围(40 ～ 107 Hz)内,随频率升高,皮肤阻抗幅值呈现-20dB/dec下降;活性皮肤层在40～103 Hz之间幅值呈现-10 dB/dec下降,而在103 ～ 107 Hz之间呈现-3dB/dec下降.皮肤相位随频率上升呈现V型曲线,而活性皮肤层相位呈现∏型曲线.低频时,皮肤阻抗完全由角质层阻抗组成,活性皮肤层的贡献可以忽略不计;当频率为l05 Hz时,活性皮肤层阻抗占皮肤的10％多,而在107 Hz以上时,活性皮肤层阻抗占整个皮肤的80％以上.皮肤阻抗与活性皮肤层阻抗在103 Hz以下具有显著性差异(P＜0.05),在104 Hz以上无显著性差异.结果表明,表面电极与银针电极相结合的对比分析方法能够在微创前提下有效分析角质层在皮肤阻抗中的作用.
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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.
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基于多对比度磁共振颈动脉图像的配准算法研究
基于在血管壁增强显示方面的强大潜力,近年来多对比度核磁共振成像已成为斑块分析研究的有力工具,但其效能受到多序列图像血管不匹配的影响.为实现多序列图像的准确血管配准,在管腔分割的基础上提出一种由粗到精的两步配准策略:先采用迭代近点实现多对比度图像中心线的刚性配准,再采用薄板样条实现基于血管边界点的非刚性配准.在第二步配准中,为准确寻找不同序列血管边界的匹配点,创新使用形状上下文描述子对边界点进行筛选,并应用确定性退火技术进行全局优化.采用新型三维多对比度磁共振血管成像序列,对提出算法的有效性进行定量评价.结果表明,配准后不同序列的边界重合度均达到95％以上,平均表面距离0.12 mm,可有效提高配准精度,为后续斑块成分的分析奠定基础.
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一种与N-Back诱发脑力疲劳相关的特异性脑电网络结构
探究脑力疲劳引起的静息态脑电网络结构的改变,以及体力疲劳的引入对脑力疲劳相关脑电网络的影响.分别以2-back实验和功率自行车诱发脑力、体力疲劳,采集10名被试脑力疲劳前后以及体脑疲劳前后4种状态下20个导联的静息脑电信号(EEG),进行偏定向相干因果性分析.对被试的脑电网络连接逐个进行威尔科克森符号秩检验,选择PDC值显著性大于阈值的连接赋为1,构建出二值化脑电网络.通过对疲劳前后脑电网络的比较与拆分计算,提取出一个N-back实验下与脑力疲劳相关的特异性脑电网络结构,该网络以额区的FP2导联为中枢节点,呈现出由全脑所有导联指向FP2的规律.在脑力疲劳和体脑疲劳两种疲劳状态下,该网络的连接形式基本保持一致,连接系数分别是4.060 3和4.142 1,没有发生显著改变,所以是一种相对独立、稳定并与脑力疲劳密切相关的功能网络.该方法和结果有望为研究脑力疲劳和探索体脑疲劳交互影响机制提供一个新的视角.
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草鱼鱼皮胶原蛋白与NIH3T3成纤维细胞的相容性
体外检测草鱼鱼皮酸溶性胶原蛋白(FASC)的细胞相容性.采用MTT实验,检测不同浓度的FASC溶液或FASC涂层胶对NIH3T3成纤维细胞增殖能力的影响(n=6);利用transwell趋化实验,检测不同浓度的FASC溶液对成纤维细胞的趋化作用(n=3);利用transwell侵袭实验,检测不同浓度FASC涂层胶的细胞通透性(n=3).结果表明,FASC溶液浓度依赖性地促进NIH3T3成纤维细胞增殖,16 μg/mL的FASC溶液在48和96 h的增殖率分别为63.7％±7.9％和87.3％±8.7％,较对照组有显著性差异(P＜0.001).NIH3T3细胞能够在FASC涂层胶上生长,各实验组与对照组相比,增殖率均无显著性差异(P＞0.05).趋化实验显示,FASC溶液各浓度梯度组与阴性对照组的趋化指数均有显著性差异(P＜0.05),提示FASC对成纤维细胞具有趋化作用.侵袭实验结果显示,成纤维细胞可以通过FASC涂层胶.实验证实,FASC与NIH3T3细胞具有良好的相容性.
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中国50th人体小腿有限元模型多工况优化建模方法
人体下肢是交通事故中易受伤的部位之一,下肢有限元模型则成为研究下肢损伤机理和防护方法的重要工具,而要保证模型生物逼真度则需开展多工况全面验证.人体模型验证所需的生物力学试验数据由于样本尺寸、材料等多样性造成力学响应存在差异,难于用一个模型同时满足多个试验数据.中国人体与欧美人体在几何尺寸上的差异会造成生物力学响应的不同,因此有必要开发中国人体的有限元模型.通过CT、MRI扫描建立小腿几何模型,利用由胫骨关键尺寸确定的缩放系数,将小腿几何模型缩放至中国50百分位人体小腿.同样采用缩放方法,将生物力学试验数据缩放至小腿尺寸所对应的生物力学响应数据,以解决试验样本几何差异的影响.以胫骨和腓骨的弹性模量、应力-应变曲线、失效应变以及肉体体积模量为设计变量,采用优化方法,同时拟合胫骨和腓骨在准静态、动态载荷下不同加载位置的生物力学响应,以及小腿动态载荷下不同加载位置的生物力学响应,解决试验样本多样性造成的模型验证难题.当胫骨和腓骨皮质骨弹性模量分别取18.43和18.23 GPa、失效应变分别取1.2％和0.8％、小腿肉体体积模量取11.33 MPa时,所建小腿模型能够较好地同时满足多组试验中样本的生物力学响应,表明基于优化的多工况人体模型验证方法能够使有限元模型获得较好的生物逼真度.
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基于全局排序模式同步的多通道脑电同步特性分析
脑电同步是脑功能区域整合的重要表现.基于时间序列的排序模式,提出一种简单易行的多通道脑电信号同步分析方法——全局排序模式同步(GMS).仿真分析显示,该算比基于加权排序互信息的全局同步因子对弱耦合的检测更为灵敏.对26例遗忘型轻度认知障碍和20例认知功能正常的2型糖尿病患者闭眼静息态的脑电信号,采用基于小波增强的独立分量分析算法进行预处理,将32路脑电信号分为前额、中央区、顶区、枕区、左颞和右颞6个区域进行全局同步分析,并利用独立样本f检验对两组被试之间的人口学特征、神经心理学检查和同步值进行统计分析,利用皮尔森线性相关分析研究各区域同步值和认知功能之间的关系.结果显示,糖尿病轻度认知障碍患者与正常对照组相比,各脑区的全局排序模式同步值均减小,尤其是中央区(P＜0.01)、顶区(P＜0.05)和枕区(P＜0.05)有显著性的降低,且前额(r =0.298,P=0.045)、中央区(r=0.327,P=0.026)、顶区(r=0.32,P=0.03)的全局排序模式同步值均与MOCA得分有显著的正相关性,表明GMS是与认知功能下降相关的脑电特征.
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人体步态滑跌过程中的下肢表面肌电特性研究
通过分析在意外滑移恢复和跌倒两种情况下人体髋、膝、踝3个关节不同肌肉群肌电信号的反应差异,研究髋、膝和踝3个关节运动对滑后恢复平衡的作用.试验招募10名年轻的健康受试者,要求其沿着指定的直线步道行走,并使其在行走过程中发生意外滑移.通过分析所测得的肌电信号,得出不同肌肉群的肌肉激活延迟时间、肌电信号峰值、到达峰值时间、协同收缩率等参数.研究结果显示,恢复平衡和跌倒之间肌肉激活延迟时间并没有显著性差异(P＞0.05),而股内侧肌的肌电峰值分别为70.2±9.8和89.0±12.7,有显著性差异(P＜0.05),胫骨前肌和半腱肌的距峰时间有显著性差异,P值分别为0.038、0.030(P＜0.05),股二头肌距峰时间无显著性差异(P =0.062 ＞0.05).上述结果表明,在人体发生意外滑移后,对重新恢复人体平衡起作用的下肢关节肌肉激活时刻差别不大,但针对不同的关节运动,其肌肉伸缩程度以及肌肉做功不尽相同.根据肌肉所属关节及实验数据可知:增大踝关节背屈运动、膝关节屈曲运动和髋关节的伸展运动,对滑移后的平衡恢复作用显著.研究结果可以更好地揭示人体步态滑跌行为的内在机理,为各工作场所建立防滑策略提供有效的准则.
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脑肿瘤患者手术前后脑结构网络拓扑属性研究
主要研究脑肿瘤的存在及手术对患者全脑及半脑结构网络拓扑属性的影响.结合弥散张量成像技术(DTI)和图论方法,对10例健康志愿者以及10例脑肿瘤患者进行术前术后全脑及半脑结构网络构建,获得两组受试者脑结构网络拓扑属性参数,以及反映脑认知功能的各项网络指标,并对其进行统计对比分析.结果显示,部分局部参数(包括Ki、Li、Enodal、Ci和Eilocal)在手术前后具有明显差异,且术前组均优于术后组;全脑及半脑各全局网络参数显示,各项参数术前组均优于术后组;同时半脑结构网络分析显示,位于不同脑半球的脑肿瘤对患者脑结构网络所造成的损伤均无统计学差异(P＞0.05).肿瘤的存在以及手术均使得脑肿瘤患者脑结构网络发生改变,大脑的半脑优势化趋势明显降低;手术后结构网络拓扑特性的改变以及小世界属性的增强,验证大脑本身存在的代偿机制以及功能重组现象.
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光动力治疗大鼠大面积创伤感染的实验研究
探讨新型卟啉类光敏剂PA1介导的光动力抗菌疗法治疗大鼠大面积创伤感染的效果.体外培养创面易感染的3种菌株,有抗药性金黄色葡萄球菌(MRSA)、大肠杆菌(E.coli和铜绿假单胞菌(P.aeruginosa),探讨3种细菌对PA1的吸收量、光照PA1的小抑菌浓度和低杀菌浓度;取清洁级雄性Wistar大白鼠40只,建立皮肤大面积创伤感染模型,创面滴加光敏剂PA1,用650 nm激光照射治疗,检测各实验组的创面愈合率、不同时相点创面下的菌落数.结果表明,上述3种细菌对PA1的大吸收量都发生于前30 min,以后趋于平稳.光照PA1对3种细菌均有灭活作用,对MRSA和E.coli的低杀菌浓度为31 μM,对P.aeruginosa的低杀菌浓度为62.5 μM.体内实验结果显示,治疗组的各项指标优于模型对照组(P ＜0.05或P＜0.01),高剂量治疗组的各项指标优于中、低量治疗组(P＜0.01),为临床治疗大面积创伤感染积累一定的实验经验.
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具有局部耐久结构覆膜支架织物覆膜的成型与性能研究
覆膜支架织物覆膜的失效主要是由Z形金属支架尖端对周围织物覆膜的反复磨损所引起.拟设计并制备一种具有局部耐久结构的覆膜支架织物覆膜,并从结构(织物密度、壁厚和水渗透性)、力学性能(管状织物径向拉伸和顶破)及体外加速疲劳模拟实验三方面研究组织结构和纬向密度对织物覆膜结构与性能的影响.结果表明,具有局部耐久结构的织物壁厚低于0.15 mm,水渗透性低于15 mL/min/cm2,显著低于商用样及对照样;织物纬密较高,尤其是试样A,纬密在7～8根/mm之间.径向拉伸断裂强度平均12.3 N/mm,与商用样接近;顶破强度平均27.3 N/mm2,显著优于商用样,表明基本满足覆膜支架织物覆膜的结构与力学性能要求;具有局部耐久结构的织物覆膜出现零破损,表明局部耐久结构的联合组织可有效遏制织物覆膜的磨损,但长期耐久性能仍需进一步研究.
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元胞自动机在模拟细胞行为方面的应用
在生物细胞生长机理以及莫诺德微分方程模型的基础上,推导出生物细胞生长以及底物消耗的微分方程,并基于此建立模拟生物细胞生长的元胞自动机模型(CABCGM).CABCGM采用二维细胞自动机作为细胞的生长空间,采用Moore型邻域作为细胞的邻居规则,其演化规则根据细胞的生长机理和推导出的动力学微分方程设计.在建立元胞自动机模型的前提下,以Matlab为开发工具来实现模型编程,并进行仿真实验.仿真结果表明,利用元胞自动机建立的生物细胞的生长模型与实际微分方程细胞的生长曲线比较吻合(尤其在前期时间段),故元胞自动机能较好地描述细胞生长的演化行为.
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应用于膀胱功能重建的多通道骶神经前根刺激系统设计与实验研究
设计一种用于膀胱功能重建的多通道骶神经前根刺激系统.首先根据骶神经前根刺激(SARS)原理,确定系统功能指标与设计方案.完成各个模块软硬件设计与系统集成后,进行空气、生理盐水以及猪肉组织3种介质中的测试以及动物实验.在介质实验中,将发射和接收模块放在模拟人体环境的介质之中,测量各种空间条件下接收模块所接收到信号强度.结果表明,该系统可以在3种条件下实现信号的无线跨皮传输.动物实验中,发射模块放在猪肉表面,接收模块包埋在猪肉之中,通过钩状电极将接收到的刺激信号施加到蟾蜍的坐骨神经上.对6只蟾蜍所做的实验表明,系统可以在体内模块包埋深度达4 cm且容许一定位置容限的情况下,刺激蟾蜍左、右腿的坐骨神经分别产生明显伸腿动作,证明系统的可行性.系统的设计与实验研究为研发具有自主知识产权的可用于临床的SARS装置打下了基础.
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荧光编码微球的制备研究进展
悬浮芯片技术是近年来兴起的高通量生物检测技术,在生命科学研究及临床诊断等领域具有广泛应用.作为悬浮芯片技术的检测载体,荧光编码微球的研究已取得一系列进展.首先对悬浮芯片技术的检测原理及应用进行简单介绍,重点对荧光编码微球的制备方法进行总结,包括有机溶剂溶胀法、层-层自组装法、包埋法、微流控技术、膜乳化法等,后对荧光编码微球未来的发展趋势进行探讨.
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多实验平台下基因及异构体表达分析综述
转录组学研究近几年成为生命科学和医学领域的研究热点,基因表达水平测量则是转录组学研究的基础.差异基因表达分析对于了解基因功能具有重要作用,而差异异构体表达分析则能够反映选择性剪切变化的情况.当前大规模测量基因表达水平的实验平台主要包括基因芯片,以及基于高通量测序技术的RNA-Seq.首先介绍广泛使用的Affymetrix传统3'基因芯片、外显子芯片、较新的全转录组芯片,以及基于RNA-Seq技术的Illumina平台4个主流实验平台的技术原理;其次从基因表达水平计算和差异表达分析两方面介绍每个平台下一些主流数据分析方法和该研究设计的方法,分析每个平台下各数据分析方法的优劣,并进一步展示在标准数据集上一些代表性方法的对比结果.
| 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 |
