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步态特征分析及神经网络识别步态模式的研究

步态特征分析及神经网络识别步态模式的研究

作者：安佰京山东师范大学

学位级别：硕士

步态是指人步行时的姿态，是一种基本的生物特征，它具有不易受侵犯、难于隐藏、对距离要求不高等优点。它能反映出人体在生理、运动控制以及心理等方面的问题，因而近些年倍受关注，国内外研究机构和大学的研究对其做了大量的研究，但... 详细信息

步态是指人步行时的姿态，是一种基本的生物特征，它具有不易受侵犯、难于隐藏、对距离要求不高等优点。它能反映出人体在生理、运动控制以及心理等方面的问题，因而近些年倍受关注，国内外研究机构和大学的研究对其做了大量的研究，但在步态特征提取分析及步态识别方面仍需我们进一步深入细致的研究。虽然目前步态的研究还是主要集中在视频视觉与图像处理方面，但是加速度传感器的发明为研究步态提供一个崭新的思路，使得运动加速度信号可以作为步态信息的一个重要组成部分。嵌入加速度传感器的便捷系统可以实时获取数据准确且环境干扰因素少的加速度信号，因此本文基于三轴加速度传感器对人日常正常活动时的步态进行了特征提取的分析与步态模式的识别。本文应用三轴加速度传感器MMA7260Q、 cortex3系列的STM32F103微控制器和W25Q128BV Flash存储器分别作为步态加速度数据采集系统的数据采集部分、数据处理部分、数据存储部分，将该采集系统佩戴在实验对象身体固定位置上，制定实验规则，对实验对象不同状态下的步态信号进行采集，建立了步态特征数据库与步态识别数据。通过对采集来的步态加速度原始信号进行数据类型转换、位置校正、去噪、归一化等预处理方法，确保了获取的步态信号的准确性和规整性。数据类型转化方面是将“212”形式的步态数据转换为十进制形式;位置校正是采用几何方式将步态数据校正到标准坐标系统下;本文采用db8小波基对步态数据进行分解去噪;在数据归一化方面采用线性归一化方法，将步态数据缩放到0到1之间。本文设计的步频计算方法，主要采用时间窗分割及尖峰阈值判别法，通过设定多层的限定条件，包括幅值限定，尖峰间隔限定等，筛除掉虚假的步伐，提高了步频计算的准确性与实时性。在步态特征的提取方面进行了步态信号的零点划分，获得了步态的支撑期、摆动期等重要信息。本文采用时相对称性指数作为判定步态对称性的重要标准，较好地分辨了不同条件的实验对象步态对称性。对比不同的非线性分类算法的特点，神经网络有以下优点：一是拥有很强的鲁棒性和容错性，二是处理结构上是并行的，且每个单元可以同时进行类似的处理过程，使得计算速度很快;三是自适应性强，神经元之间的连接可以多种多样，各层神经元之间联接强度具有一定可塑性，使其能处理不确定或未知的系统;四是学习复杂非线性关系能力强。因此本文选择利用BP神经网络对不同模式的步态加速度信号来分阶段式地进行步态模式的识别。本文选取进行区分步态模式主要有动态静态两大模式，具体包括坐、站、慢走、快走、上楼、下楼六种不同步态模式。按照由概括到具体的思路，本文采用分阶段的方式对采集的步态信号进行识别。在步态模式预分类阶段，信号幅度面积(SMA)和平均能量值(AE)作为区分动态静态两大类步态的关键特征，它们将作为第1神经网络分类器的输入特征;在步态模式具体识别阶段，为了防止BP神经网络的过拟合现象的发生，应用平均影响值(MIV)法来对第2、3神经网络分类器的输入特征降维，筛选出的特征被选出作为BP神经网络的输入。利用选取的训练数据对三个不同阶段的BP神经网络进行训练，在通过使用测试步态数据对训练好的神经网络进行识别验证，发现本文的步态模式识别方法识别准确率令人满意。最后对全文进行了总结，并进行了展望提出了工作的下一步计划。

关键词：特征提取 MMA7260Q 加速度步态神经网络

冲击波与地塞米松对自体血清培养的骨髓间充质干细胞成骨分化的比较研究

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中国矫形外科杂志 2011年第9期19卷 758-764页

作者：安佰京邢更彦中国人民武装警察部队总医院骨科北京100039

[目的]观察冲击波(shock waves)与地塞米松对自体血清培养的人骨髓间充质干细胞(hum an m esenchy-m al stem cells,hMSCs)体外成骨分化的影响比较。[方法]选择10名健康志愿者,每名健康志愿者抽取骨髓60 m l,抽取外周静脉血100 m l,然... 详细信息

[目的]观察冲击波(shock waves)与地塞米松对自体血清培养的人骨髓间充质干细胞(hum an m esenchy-m al stem cells,hMSCs)体外成骨分化的影响比较。[方法]选择10名健康志愿者,每名健康志愿者抽取骨髓60 m l,抽取外周静脉血100 m l,然后分离出自体血清。把每名志愿者的骨髓分别用10%AS和10%FBS对hMSCs进行体外培养,通过相差倒置显微镜观察细胞形态、检测24 h细胞贴壁率、细胞倍增时间、检测细胞表面标记物、细胞周期及免疫细胞化学染色检测比较两组hMSCs的增殖状况。然后把AS培养的hMSCs两组分别用体外冲击波疗法(extracor-poreal shock waves therapy,ESWT)[0.36 m j/(mm2.100次)]和传统的诱导成骨培养基(10 nmol/L地塞米松、50umol/L抗坏血酸、10 mmol/Lβ-甘油磷酸钠)分别对hMSCs进行成骨诱导,对诱导好的细胞进行ALP定量检测、ALP染色、茜素红染色及RT-PCR测成骨基因(碱性磷酸酶、骨钙素、骨桥蛋白、骨结合素、I型胶原)表达比较两组成骨分化情况。[结果]在细胞增殖上,两组细胞各代在细胞形态、细胞贴壁率、细胞周期以及免疫细胞化学染色检测上无明显差异,但在细胞倍增时间、细胞增殖速率上,自体血清明显优于胎牛血清。在细胞分化方面,两组在ALP定量检测、ALP染色、茜素红染色及RT-PCR测成骨基因上,冲击波作用于人骨髓间充质干细胞的成骨效应明显优于地塞米松。[结论]冲击波与地塞米松相比较,具有更良好促hMSCs成骨分化作用。

关键词：人骨髓间充质干细胞体外冲击波地塞米松自体血清成骨分化

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基于云模型的窦性心率震荡形态表示

生物医学工程学杂志 2014年第2期31卷 279-282页

作者：尹文枫赵捷陈甜甜张军建张春游李大鹏安佰京山东师范大学物理与电子科学学院济南250014

本文旨在分析单次室性早搏后窦性心率RR间期的变化趋势,与震荡起始(TO)和震荡斜率(TS)参数对照。在采集窦性心律震荡的样本后,采用一种分段线性化的方法来提取其线性特征,进而通过云模型用自然语言来表示震荡形态;在采集样本的过程中,... 详细信息

本文旨在分析单次室性早搏后窦性心率RR间期的变化趋势,与震荡起始(TO)和震荡斜率(TS)参数对照。在采集窦性心律震荡的样本后,采用一种分段线性化的方法来提取其线性特征,进而通过云模型用自然语言来表示震荡形态;在采集样本的过程中,本文采用指数平滑法预测QRS波出现位置来辅助QRS波的检测,利用新的轮廓限围方法判断窦性心律。利用Matlab仿真工具,选择MIT-BIH心率失常数据库中信号进行验证,能正确检测出单次室性早搏后窦性心率的变化趋势。该算法能实现窦性心律震荡(HRT)的实时检测,并且实现简单,是一种有效的辅助检测方法。

关键词：窦性心率震荡分段线性化指数平滑法云模型

关节镜下Pushlock免结锚钉软式固定自体髂骨移植治疗复发性肩关节前向不稳伴严重骨缺损

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中国修复重建外科杂志 2022年第2期36卷 143-148页

作者：安佰京王耀霆王明新张浩冲邢更彦解放军总医院第四医学中心骨科医学部运动医学科北京100048 解放军总医院第四医学中心骨科医学部关节外科北京100048 解放军总医院第三医学中心骨科北京100039

目的探讨关节镜下Pushlock免结锚钉软式固定自体髂骨移植治疗复发性肩关节前向不稳伴严重骨缺损的临床疗效。方法回顾分析2016年1月—2019年1月采用关节镜下Pushlock免结锚钉软式固定自体髂骨移植治疗的80例复发性肩关节前向不稳伴严重... 详细信息

目的探讨关节镜下Pushlock免结锚钉软式固定自体髂骨移植治疗复发性肩关节前向不稳伴严重骨缺损的临床疗效。方法回顾分析2016年1月—2019年1月采用关节镜下Pushlock免结锚钉软式固定自体髂骨移植治疗的80例复发性肩关节前向不稳伴严重骨缺损患者临床资料。患者均为男性;手术时年龄18~45岁,平均25岁。病程3个月~5年,平均2年。肩关节脱位3~50次,平均8次。术前行肩关节X线片、MRI、CT扫描及三维重建,前方关节盂骨性缺损面积为25%~45%,平均27.3%。采用术前及末次随访时肩关节活动度(前屈上举和外展90°外旋)、肩关节Constant-Murley评分和肩关节Rowe评分进行肩关节功能评估。结果术后患者均获随访,随访时间1~3年,平均2年。随访期间均未发生肩关节再次脱位。术后移植物均发生部分吸收,1周及3个月CT示移植物吸收比例<30%。术后1年CT三维重建示所有移植物已愈合至关节盂,前方关节盂骨性缺损面积均≤5%(0~5%,平均3.2%)。末次随访时,患者肩关节前屈上举活动度、外展90°外旋活动度、ConstantMurley评分及Rowe评分均较术前显著改善,差异有统计学意义(P<0.05);患侧外展90°外旋活动度较健侧受限(6.7±5.1)°。结论关节镜下Pushlock免结锚钉软式固定自体髂骨移植治疗复发性肩关节前向不稳伴严重骨缺损效果良好,该方法相对简单,学习曲线短。

关键词：关节镜自体髂骨移植肩关节前向不稳

肩关节镜下应用免打结技术Push-lock固定治疗肩关节复发性不稳

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中国矫形外科杂志 2016年第20期24卷 1831-1833页

作者：刘运晃王明新姜华孙小平安佰京邢更彦武警广东省总队医院外二科广州510507 武警总医院骨科中心北京100039

[目的]分析肩关节镜下免打结技术Push—lock固定治疗复发性肩关节不稳的临床疗效。[方法]2010年3月-2014年10月，本科共采用肩关节镜下锚钉缝合和免打结技术Push—lock固定治疗复发性肩关节不稳36例，其中应用免打结技术21例。术后随访1... 详细信息

[目的]分析肩关节镜下免打结技术Push—lock固定治疗复发性肩关节不稳的临床疗效。[方法]2010年3月-2014年10月，本科共采用肩关节镜下锚钉缝合和免打结技术Push—lock固定治疗复发性肩关节不稳36例，其中应用免打结技术21例。术后随访12个月，并评定其疗效。[结果]采用肩关节ASES评分和Rowe评分对36例患者的术前及术后肩关节功能进行评估。36例患者术前、术后ASES评分分别为75．8分、93．7分，两者比较差异具有统计学意义；Rowe评分分别为33．6分、88．4分，两者比较差异具有统计学意义。所有患者术后均未出现再脱位。[结论]肩关节镜下免打结技术push—lock固定术是治疗复发性肩关节不稳合理、有效的治疗方法。

关键词：肩关节镜复发性不稳免打结技术 Push—lock

体外冲击波延缓兔膝骨性关节炎退变的实验研究

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中国矫形外科杂志 2012年第21期20卷 1972-1975页

作者：赵喆安佰京李志国刘运晃邢更彦武警总医院骨科北京100039 武警山西总队朔州支队朔州市036002 武警广东总队医院骨科广州市510507

[目的]前期研究发现体外冲击波(extracorporeal shock wave,ESW)干预骨性关节炎(Osteoarthritis,OA)动物模型后,可缓解关节疼痛并能改善肢体功能。然而,ESW对OA软骨退变的影响未深入探讨。[方法]30只新西兰大白兔随机分为三组:对照组(n=... 详细信息

[目的]前期研究发现体外冲击波(extracorporeal shock wave,ESW)干预骨性关节炎(Osteoarthritis,OA)动物模型后,可缓解关节疼痛并能改善肢体功能。然而,ESW对OA软骨退变的影响未深入探讨。[方法]30只新西兰大白兔随机分为三组:对照组(n=6);ACLT组(n=12)和ESWT+ACLT组(n=12)。ESWT干预4、8周后,采用大体观察和组织学评价对兔膝OA的影响。[结果]ACLT组4、8周后表现出典型的OA病理变化。而ESWT+ACLT组4周兔膝关节软骨尚光滑,局部有轻微磨损,软骨分层结构尚可;8周后可见局部有较大磨损,软骨变薄,表面覆盖少量疏松的纤维组织,软骨表面部分修复,裂隙达到移形层,潮线不完整。ESWT+ACLT组在4周和8周Moran评分和Markin评分同相应时期ACLT组相比有统计学差异(P安全性,确定ESWT最佳能量参数和治疗时机以及其作用机制等问题。

关键词：体外冲击波骨性关节炎治疗

同种异体皮质骨锚钉结合缝线桥技术修复肩袖损伤

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中华医学杂志 2012年第25期92卷 1747-1750页

作者：王明新刘玉杰何蔚李海峰安佰京解放军总医院骨科北京100853 武警总医院骨科

目的观察异体皮质骨锚钉结合缝线桥技术修复肩袖损伤的临床疗效。方法2006年6月至2009年6月，共收治肩袖损伤患者18例，男7例，女11例，年龄34—65岁，平均45．2岁。左肩11例，右肩7例。在关节镜下使用异体皮质骨锚钉结合缝线桥技术修... 详细信息

目的观察异体皮质骨锚钉结合缝线桥技术修复肩袖损伤的临床疗效。方法2006年6月至2009年6月，共收治肩袖损伤患者18例，男7例，女11例，年龄34—65岁，平均45．2岁。左肩11例，右肩7例。在关节镜下使用异体皮质骨锚钉结合缝线桥技术修复肩袖。采用加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）标准评分评判疗效。结果随访平均17．6个月（12～36个月）。治疗优良率100％，所有患者肩袖损伤均愈合，有2例外展活动轻微痛，无明显关节活动受限。术后3个月骨锚钉与受区完全融合。结论采用同种异体皮质骨锚钉结合缝线桥技术修复肩袖损伤，创伤小，腱骨结合面积大，固定牢固，费用低，是一种较好的肩袖损伤治疗方法。

关键词：肩袖骨钉缝线移植,同种

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反恐怖行动应急救援保障系统构建要素研究

中国急救复苏与灾害医学杂志 2016年第8期11卷 814-816页

作者：谢红史娜安佰京贺智武警后勤学院救援管理教研室天津 300309 武警后勤学院附属医院预防保健科武警总医院骨科关节四肢外科

当今世界，恐怖主义活动已对公共安全和社会稳定造成严重威胁，武警部队是反恐维稳的主要参战力量。由于反恐怖作战爆发突然，部队往往临时受命，对应急救援保障提出了更高的要求。为保证快速、有序、有效行动，需构建完善的保障系统，... 详细信息

当今世界，恐怖主义活动已对公共安全和社会稳定造成严重威胁，武警部队是反恐维稳的主要参战力量。由于反恐怖作战爆发突然，部队往往临时受命，对应急救援保障提出了更高的要求。为保证快速、有序、有效行动，需构建完善的保障系统，主要是人员、物资、装备和资金等核心要素的建立与完善，实现保障与反恐作战同步进行，有效打击任何形式的恐怖主义，维护国家的安全和稳定。

关键词：反恐救援保障体系

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T波交替散点图法的定量检测

生物医学工程学杂志 2014年第3期31卷 538-542页

作者：陈甜甜赵捷尹文枫张春游李大鹏安佰京张军建山东师范大学物理与电子科学学院济南250014

为研究T波交替(TWA)的定量检测方法,探讨散点图外部形态与TWA的关系,研究出适用于散点图的一种边缘提取算法"横向搜索法",然后对TWA散点图作图形化处理,并以图形的短长轴之比Axial_ratio作为定量检测指标。采用Matlab仿真并与谱分析法比... 详细信息

为研究T波交替(TWA)的定量检测方法,探讨散点图外部形态与TWA的关系,研究出适用于散点图的一种边缘提取算法"横向搜索法",然后对TWA散点图作图形化处理,并以图形的短长轴之比Axial_ratio作为定量检测指标。采用Matlab仿真并与谱分析法比较,找出合适阈值并判断TWA是否存在,证明由"横向搜索法"提取的Axial_ratio能够准确检测TWA。

关键词： T波交替散点图法谱分析法图形处理定量检测