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自整定多元变分模态分解

电子与信息学报 2024年

作者：郎恂王佳艺陈启明何冰冰毛汝凯谢磊云南大学信息学院浙江大学工业控制技术国家重点实验室云南云天化股份有限公司装备技术中心

多元变分模态分解(MVMD)作为变分模态分解(VMD)的多元扩展，在继承VMD优点的同时，也存在其分解性能很大程度上依赖于两个预置参数——模态数量K和惩罚系数α的问题。为此，该文提出一种自整定MVMD(SMVMD)算法。SMVMD采取了匹配追踪法... 详细信息

多元变分模态分解(MVMD)作为变分模态分解(VMD)的多元扩展，在继承VMD优点的同时，也存在其分解性能很大程度上依赖于两个预置参数——模态数量K和惩罚系数α的问题。为此，该文提出一种自整定MVMD(SMVMD)算法。SMVMD采取了匹配追踪法的思想，通过频域的能量占比和模态正交性分别自适应地更新K和α。对仿真信号与真实案例的分析结果表明，所提SMVMD方法不仅有效解决了原MVMD的参数整定问题，而且表现出以下优势，(1)与MVMD相比，SMVMD抗模态混叠的能力更强，且对噪声和α值的变化都具有更好的鲁棒性。(2)与多元经验模态分解、快速多元经验模态分解和多元变分模态分解这些经典算法相比，SMVMD算法的分解误差最小，分解效果最好。

关键词：多元信号处理 MVMD 自整定匹配追踪法鲁棒性

用于超声散斑跟踪血流测速的多角度平面波局部运动补偿

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 155-164页

作者：杜吉媛何冰冰郎恂吕闻冰张榆锋云南大学信息学院昆明650504

血流速度剖面用于计算壁面剪切率等血流动力学指标,与动脉粥样硬化病程发展密切相关。超快超声散斑跟踪广泛用于血流速度剖面估计,然而多角度平面波复合成像存在血流散射体的运动伪影,不利于流速估计。提出了一种多角度平面波复合成像... 详细信息

血流速度剖面用于计算壁面剪切率等血流动力学指标,与动脉粥样硬化病程发展密切相关。超快超声散斑跟踪广泛用于血流速度剖面估计,然而多角度平面波复合成像存在血流散射体的运动伪影,不利于流速估计。提出了一种多角度平面波复合成像的局部运动补偿法,对射频信号时间序列的相邻帧进行局部运动补偿来消除不同径向位置的运动伪影,从而提高流速测量准确性。相比直接相干复合,B-MoCo法将仿真、仿体实验中流速测量结果的归一化均方根误差平均减小了10.37%、37.82%,说明了B-MoCo法的有效性。基于兔骼动脉的实测实验进一步证明了B-MoCo法的临床可行性。综上,B-MoCo法能够有效提高血流速度剖面的测量精度,有助于相关心血管疾病的早期诊断与病程监测。

关键词：超声多角度平面波复合局部运动补偿血流速度剖面散斑跟踪

新工科背景下生物医学工程专业研究生课程教学改革探索

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教育进展 2024年第6期14卷 765-772页

作者：姚瑞晗何冰冰张榆锋熊丽朱婧颖云南大学信息学院云南昆明

生物医学工程作为一门“理工医”相结合的交叉学科,其研究生的教育培养已成为近年来教学改革创新的重要趋势。本文针对生物医学工程研究生教育的现状,以云南大学为例,从教材内容、教学方法、教学模式以及课程评价体系四个方面探讨了该... 详细信息

生物医学工程作为一门“理工医”相结合的交叉学科,其研究生的教育培养已成为近年来教学改革创新的重要趋势。本文针对生物医学工程研究生教育的现状,以云南大学为例,从教材内容、教学方法、教学模式以及课程评价体系四个方面探讨了该专业研究生课程的改革方案。将理论教学与临床应用进行有机融合,转变传统的单一教学模式,同时设置个性化的综合评价方式,旨在培养具备多学科基础知识和良好创新实践能力的国际化战略科技人才和科技领军人才。

关键词：新工科新医科生物医学工程课程改革

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生物医学工程导论在电子信息工程专业的探索

教育进展 2024年第6期14卷 803-807页

作者：熊丽张榆锋何冰冰朱婧颖姚瑞晗云南大学信息学院云南昆明

生物医学工程是理、工、医等多种工程学科交叉并向生物医学渗透的产物,与这些工程学科的培养和发展相得益彰。生物医学工程导论将专业教育、思想教育和就业教育等融为一体,有利于夯实专业基础、明晰学习目标、提升学生竞争力。将生物医... 详细信息

生物医学工程是理、工、医等多种工程学科交叉并向生物医学渗透的产物,与这些工程学科的培养和发展相得益彰。生物医学工程导论将专业教育、思想教育和就业教育等融为一体,有利于夯实专业基础、明晰学习目标、提升学生竞争力。将生物医学工程思想融入到电子信息工程专业,通过理论和实践的学习,引导学生学习生物医学知识,有利于培养电子信息多学科交叉复合型人才。并借助成熟完善的学习平台和科研平台,激发学生对交叉学科的学习兴趣,促进实践和科研的全方位提升,为深入学习奠定坚实的基础。

关键词：生物医学工程导论电子信息工程交叉学科人才培养

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面向电子信息类的生物医学工程导论课程建设

创新教育研究 2024年第6期12卷 178-182页

作者：朱婧颖张榆锋何冰冰姚瑞晗熊丽云南大学信息学院云南昆明

生物医学工程专业作为一门新兴的交叉学科,其涵盖了电子信息、计算机以及生物工程学等领域的专业知识。由于该专业涉及内容繁多、专业知识面广、学科知识交叉融合较多,在教学时存在一定难度。如何做好交叉学科的工作,为非医学专业研究... 详细信息

生物医学工程专业作为一门新兴的交叉学科,其涵盖了电子信息、计算机以及生物工程学等领域的专业知识。由于该专业涉及内容繁多、专业知识面广、学科知识交叉融合较多,在教学时存在一定难度。如何做好交叉学科的工作,为非医学专业研究生快速搭建生物医学知识体系,满足生物医学工程领域的人才需求显得尤为重要。针对电子信息类专业的特点,在理论教学过程中着力培养学生的“医”“工”思维,在实践教学中培养学生运用“医”“工”思维解决实际问题的能力,为学生后续的研究工作打下坚实的基础。

关键词：生物医学工程课程建设学科交叉融合

基于自适应尺度混合海森滤波器的面部皱纹检测及评分

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应用科技 2024年第2期51卷 24-30页

作者：冯月宝平何冰冰郭振宇张梅马骁张榆锋云南大学信息学院云南昆明650091 云南贝泰妮生物科技集团股份有限公司云南昆明650090

为解决全面部皱纹缺乏量化评价方法的问题,提出了一种基于自适应尺度混合海森滤波器(adaptive scale hybrid Hessian filter,ASHHF)的面部皱纹检测方法及评分机制。根据受试者年龄自适应调整海森滤波器的尺寸(σ)范围及步长参数并对其... 详细信息

为解决全面部皱纹缺乏量化评价方法的问题,提出了一种基于自适应尺度混合海森滤波器(adaptive scale hybrid Hessian filter,ASHHF)的面部皱纹检测方法及评分机制。根据受试者年龄自适应调整海森滤波器的尺寸(σ)范围及步长参数并对其面部高分辨率图像进行滤波,基于81个面部特征点在滤波结果中去除五官、背景,仅保留面部皱纹,使用不同颜色将不同深度的皱纹检测结果标注在原始图像中,最后计算得分量化皮肤衰老程度。以专业医生标注皱纹为参考,50名受试者(年龄为22~65岁)的检测结果表明,相比于传统的固定尺度混合海森滤波器(fixed scale hybrid Hessian filter,FSHHF),ASHHF方法的检测准确率平均提升68.57%,运行时间平均缩短26.26%,评分机制结果与检测准确率的变化趋势一致。综上,本文检测方法能够准确、快速检测面部皱纹分布、深度及宽度,所提评分机制能够科学反映受试者皮肤衰老程度,有望为化妆品、医疗美容等抗衰方法提供功效量化评价手段。

关键词：皮肤衰老面部皮肤皱纹检测皱纹识别皱纹评分机制混合海森滤波器自适应尺度年龄

收缩诱导波形纤维复合弹性体材料制备及其在电容式传感器上的应用

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收缩诱导波形纤维复合弹性体材料制备及其在电容式传感器上的应用

作者：何冰冰河南大学

学位级别：硕士

柔性电子器件除具有完整的电路结构、电子元件和各种功能模块外,还具备良好的柔性、拉伸回弹性以及与生物体组织相近的力学顺应性。与传统的电子器件相比,柔性器件具有体积小、重量轻的优势,且能更好地贴合生物体表和体内的具体部位,如... 详细信息

柔性电子器件除具有完整的电路结构、电子元件和各种功能模块外,还具备良好的柔性、拉伸回弹性以及与生物体组织相近的力学顺应性。与传统的电子器件相比,柔性器件具有体积小、重量轻的优势,且能更好地贴合生物体表和体内的具体部位,如皮肤沟壑或者大脑沟回等,在脑机接口、电子皮肤以及植入医疗器械等领域具有显著的应用价值和前景。为了将柔性赋予电子器件,必须将电子导体与柔性基底以一定的方式复合。同时,柔性电子导体也是连接各种柔性电子器件工作电路的重要构造单元。另一方面,天然生物组织如肌肉、皮肤和血管等含有平行波纹状的纤维或细胞支架等生理结构。在外力下发生应变的过程中,波纹结构由弯曲状态同步地进入伸展状态,产生了应变硬化现象。伸展的纤维结构通过分担载荷起到了保护组织、避免断裂的作用。长久以来,研究人员期望在柔性器件中复刻此类仿生结构,构造具备应变硬化特性的柔性器件,以优化其在应用中与生物组织的力学适配性,甚至创造力学支撑、机械增强等新功能。综合以上两方面内容,我们在本论文中根据固体力学中关于刚性纤维在弹性基底复合结构中发生受迫屈曲的基本原理,构筑纤维复合弹性体材料。采用二元混合溶剂体系制备弹性体,通过弹性体部分失去溶剂发生体积收缩的方式,制备收缩诱导波形纤维复合的柔性电子导体。阐明纤维材料的弯曲模量、直径等因素对收缩诱导屈曲行为的影响机制,定量预测纤维产生屈曲时纤维与弹性基底的模量比。具体的工作内容如下:(1)新型纤维复合凝胶材料的制备及其力学特性。以DMSO(二甲基亚砜)和HO二元溶剂体系制备的水凝胶作为弹性基底,纤维为增强材料,通过水凝胶失水,诱导其内的纤维产生屈曲,制备纤维复合凝胶。这两种材料的复合,既克服了水凝胶过软或过硬的单一力学局限,又整合了纤维和弹性基底,使纤维的性能得到充分发挥。纤维不断伸直的过程中,材料刚度不断增强,出现明显的硬化转折点,实现了复合材料的应变硬化性能。材料的制备方法操作简单,成本低廉。该工作通过对纤维直径,数量以及弯曲程度(波形)等的调节,阐明了不同材料参数对纤维波形的影响,并可控制材料的力学性能。波形纤维复合凝胶材料具有低的初始模量(10.56 kPa～72.52kPa),柔软灵活,类似生物组织,还具有稳定的循环特性与可重复性。而且,作为增强物质的纤维,显著提高了材料的力学特性,相比普通的聚丙烯酰胺水凝胶具有更优异的力学性能,拉伸强度提升至少2倍,压缩强度提高至少1倍,韧性提升约4倍,这些结果表明了复合材料优异的性能。并通过对材料性能的进一步分析,明确了纤维屈曲产生波形波长同纤维与水凝胶模量比之间的正比关系。(2)柔性电子器件的制备及应用。采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)和正庚烷的混合体系制备弹性体,在弹性基底内嵌入导电纤维(例如:金属或聚合物),通过正庚烷的挥发,诱导纤维屈曲,得到柔性电子导体,为金属如何在柔性基底中排列提出了新的解决方案,并应用在“一体式”电容式传感器的制备中。“一体式”电容式传感器的制作工艺简单,解决了“三明治式”电容传感器粘合不紧密和后续封装修复等问题。电容式传感器传输稳定电容信号,能对外力进行及时响应,响应时间约为0.4 s。对传感器进行小范围内的加载,发现其电容信号有近似线性的响应,其灵敏度约为0.05639 Pa,最低可感知到690 Pa的压力信号。我们进行了手指弯曲运动监测方面的应用展示,看到了传感器在生物运动信号监测、运动跟踪等方面的应用潜力,可以作为功能性医用胶带的组件,贴附在人体部位,来检测各种生物体的运动信号。尽管和织物相比PDMS的透气性不佳,但在作为医用胶带的组成部件方面完全可行。

关键词：柔性电子器件应变硬化复合材料屈曲电容式传感器

豆类蔬菜主要矿质元素和粗纤维含量性状的遗传变异研究

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豆类蔬菜主要矿质元素和粗纤维含量性状的遗传变异研究

作者：何冰冰江汉大学

学位级别：硕士

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便携式超声乳腺癌辅助筛查系统的设计与实现

生物医学工程学杂志 2022年第2期39卷 390-397页

作者：王致诚何冰冰张榆锋李支尧姚瑞晗黄凯云南大学信息学院电子工程系昆明650091 昆明医科大学第三附属医院超声科昆明650118

早期筛查是降低乳腺癌死亡率的重要手段。为了解决偏远、贫困地区医疗资源有限导致乳腺癌筛查率较低的问题,本文设计了一种基于便携式超声Clarius的乳腺癌辅助筛查系统。该系统在移动终端上对B超图像的肿瘤区域进行自动分割,在云服务器... 详细信息

早期筛查是降低乳腺癌死亡率的重要手段。为了解决偏远、贫困地区医疗资源有限导致乳腺癌筛查率较低的问题,本文设计了一种基于便携式超声Clarius的乳腺癌辅助筛查系统。该系统在移动终端上对B超图像的肿瘤区域进行自动分割,在云服务器上利用超声射频数据进行肿瘤的良、恶性自动分类。本文研究实验结果表明,该系统对乳腺肿瘤分割准确率达到98%,良、恶性分类准确率达到82%,系统准确可靠。该系统架设方便、操作简单,便于偏远、贫困地区的患者进行乳腺癌早期筛查,有利于客观地对病情做出判断,是国内乳腺癌辅助筛查系统在移动终端上的首次实现。

关键词： Clarius便携式超声超声射频数据乳腺癌筛查计算机辅助系统