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基于结构优化的DDAG-SVM上肢康复训练动作识别方法

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自动化学报 2020年第3期46卷 549-561页

作者：左国玉徐兆坤卢佳豪龚道雄北京工业大学信息学部北京100124 计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124

针对上肢康复训练系统中训练评估方法核心的动作识别问题,提出一种面向Brunnstrom 4~5期患者上肢康复训练动作的SODDAG-SVM(Structure-optimized decision directed acyclic graph-support vector machine)多分类识别方法.首先将多分类问题分解成一组二分类问题,并使用支持向量机构建各二分类器,分别采用遗传算法和特征子集区分度准则对各二分类器的核函数参数及特征子集进行优化.然后使用类对的SVM二分类器泛化误差来衡量每个类对的易被分离程度,并由其建立类对泛化误差上三角矩阵.最后由根节点开始,依次根据各节点的泛化误差矩阵,通过选择其中最易被分离类对的SVM分类器构成该节点的方式,来构建SODDAG-SVM多分类器结构.当待预测的实例较少时,直接构建实例经过的SODDAG-SVM部分结构并对实例进行预测;当待预测的实例较多时,先构建完整的SODDAG-SVM结构,再代入所有实例进行预测.通过人体传感技术获得Brunnstrom 4~5阶段上肢康复训练的常用动作样本集,进行SODDAG-SVM动作识别实验,准确率达到了95.49%,结果均优于常规的决策有向无环图(Decision directed acyceic graph,DDAG)和MaxWins方法,实验表明本文方法能有效地提高上肢康复训练动作识别的准确率.

关键词：上肢康复训练动作识别 SODDAG-SVM 多分类器二分类器

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面向上肢康复训练的人体动作识别研究

面向上肢康复训练的人体动作识别研究

作者：徐兆坤北京工业大学

学位级别：硕士

上肢康复训练能够改善并治疗脑卒中患者的上肢运动功能障碍。传统的康复训练需要在医护人员和大型训练器械的协助下进行,该方法虽然可以有效的完成对患者的训练,但其成本高、自主性差、单调乏味且难以对康复效果进行实时有效的测量和评... 详细信息

上肢康复训练能够改善并治疗脑卒中患者的上肢运动功能障碍。传统的康复训练需要在医护人员和大型训练器械的协助下进行,该方法虽然可以有效的完成对患者的训练,但其成本高、自主性差、单调乏味且难以对康复效果进行实时有效的测量和评价。为解决上述问题,论文将人体动作传感技术与脑卒中患者的康复训练相结合,使用人体动作传感技术提供患者的康复训练动作信息,并以SVM技术为基础对上肢康复训练系统中训练动作评价方法的核心动作识别问题进行了研究,提出一种面向Brunnstrom 4-5期患者上肢康复训练动作的识别方法,并构建了以该方法为核心的上肢康复训练系统。论文主要研究内容如下:1.特征选择研究动作识别方法的泛化性能往往受到样本高维特征向量的影响。特征选择方法可以有效改善动作识别方法性能,降低样本特征维度和计算量,提高远程康复治疗系统的实时性。但是在大多特征选择研究中,仅考虑了单个候选特征对于类间区分度的作用,而忽略了候选特征和已选特征对于类间区分度的联合作用。论文针对这一问题结合SVM方法,提出了一种基于联合特征的特征子集区分度混合评价方法(Fisher Score based on Joint Feature and Support Vector Machine,FSJFSVM),在该方法中提出联合特征的概念,来将候选特征和已选特征对于类间区分度的联合贡献引入评价方法中。实验表明,该方法可以得到具有更高分类准确率和更小特征维度的特征子集。2.多分类动作识别方法研究在采用分解集成方法来用二分类器解决多分类问题时,会出现存在不可分区域的问题,本文针对这一问题结合SVM方法,提出了一种结构优化的DDAGSVM多分类动作识别方法(Structure-Optimized DDAG-SVM,SODDAG-SVM),根据各类对的易被分离程度,优化DDAG-SVM多分类器结构,用易被分离类对间的SVM二分类器,把处于不可分区域内的样本引导到正确的类别。使用GA方法和本文提出的特征选择方法优化各类对间的SVM二分类器,并构建SODDAG-SVM多分类器。实验结果表明,该方法能够较好的对不可分区域内的样本进行分类,分类性能优于Max-Wins和DDAG方法。3.构建基于人体传感技术的上肢康复训练系统基于上述特征选择和动作识别方法构建本文的人体动作混合评价方法,并以此方法为核心,结合可穿戴人体动作信息采集系统,构建基于人体传感技术的上肢康复训练系统。该系统可以对人体动作信息采集系统得到的患者康复训练动作信息进行评价,并构建3D卡通形象人体模型对患者进行示教和动作姿态反馈。康复训练动作的识别研究是辅助康复训练技术中的一个重要研究内容。本课题的研究工作既具有重要的理论价值也具有很大的实用价值,可以提高辅助康复训练技术,缓解社会对康复训练越来越大的需求。

关键词：上肢康复训练 Brunnstrom4-5期特征选择动作识别 FSJF-SVM SODDAG-SVM

结核分枝杆菌CFP10、ESAT6蛋白对A549细胞炎性反应的影响

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结核分枝杆菌CFP10、ESAT6蛋白对A549细胞炎性反应的影响

作者：徐兆坤宁夏大学

学位级别：硕士

背景:结核病(Tuberculosis,TB)是结核分枝杆菌(Mycrobacterium tuberculosis,Mtb)感染引起的人畜共患传染病,肺泡上皮细胞是Mtb感染的靶细胞之一。lOkDa培养滤液蛋白(C ulture filtrate protein 10,CFP10)和 6kDa早期分泌性抗原靶蛋白(Early secretary antigenic target-6 kDa,ESAT6)都是减毒牛型结核分枝杆菌(Bacille Calmette-Guerin,BCG)缺失的毒力蛋白。Toll样受体(Toll-likereceptors,TLRs)途径对结核分枝杆菌感染宿主引起的炎性反应有重要的调控作用。目的与方法:本研究利用原核表达系统诱导表达并纯化CFP10和ESAT6蛋白。使用重组蛋白以及BCG处理人肺泡上皮细胞A549,利用实时荧光定量PCR、Western blot以及ELISA等技术分析TLRs信号通路关键分子及其下游炎症因子的变化,以期初步探究CFP10、ESAT6蛋白在结核分枝杆菌感染肺泡上皮细胞过程中对TLR信号通路的影响。结果:(1)经过诱导条件及纯化条件的优化,成功获得高纯度CFP10及ESAT6蛋白。(2)单独使用重组蛋白处理A549细胞时,CFP10显著上调TLR2、TLR4、MyD88、IRAK1、TRAF6和NF-κB p65的表达,下调TICAM1、TRAF3及TBK1等分子的表达,促进IL-6、TNF-α等炎性因子的分泌。ESAT6 显著下调TLR2、TLR4、MyD88、IRAK1、TRAF6、NF-κB p65、TICAM1、TRAF3、TBK1及IRF3的表达,抑制细胞IL-6、TNF-α等炎性因子的分泌。说明CFP10、ESAT6均被可Toll样受体识别进而对A549细胞TLR信号途径产生影响。(3)BCG感染A549细胞后激活了TLR信号途径信号传递,促进了炎性因子的分泌。在BCG感染细胞模型下,CFP10 进一步显著上调TLR2、TLR4、MyD88、IRAK1、TRAF6、NF-κB p65、TICAM1、TRAF3、TBK1和IRF3等分子的表达,增强A549细胞TLR信号通路的信号传递,促进IL-6、TNF-α等炎性因子的分泌。但ESAT6 显著抑制TLR2、MyD88、IRAK1、TRAF6、NF-κB p65、TICAM1、TRAF3、TBK1以及IRF3的表达,从而抑制A549细胞IL-6、TNF-α等炎性因子的分泌。CFP10和ESAT6共同处理时呈现出与ESAT6处理时的相似趋势。结果说明CFP10增强了BCG感染A549细胞时TLR信号途径介导的炎性反应,而ESAT6或者两种蛋白共处理却抑制了BCG感染所导致的A549细胞炎性反应。(4)CFP10、ESAT6能够诱导A549死亡,且随着蛋白处理浓度增加和处理时间加长细胞存活率逐渐降低,且相同浓度和时间条件下,两蛋白共处理细胞存活率高于CFP10或ESAT6处理组。(5)CFP10、ESAT6蛋白对A549细胞TLR信号通路以及炎性反应的不同结果提示,在结核分枝杆菌感染肺泡上皮细胞过程中,CFP10与ESAT6对Toll样受体通路的影响对细胞的炎性反应具有重要的调控作用,并且两种蛋白共同处理时能发挥与单独蛋白处理时不同的作用。结论:CFP10和ESAT6蛋白,可以通过MyD88依赖和MyD88非依赖性途径对A549细胞Toll样信号通路进行调节,进而影响炎性因子的表达。并且CFP10和ESAT6存在相互作用能够影响各自的功能。上述研究为加深对Mtb致病机理及抗结核免疫机制的理解进一步奠定理论基础。

关键词： CFP10 ESAT6 Toll-样受体肺泡Ⅱ型上皮细胞炎性因子

细菌c-di-AMP特异性磷酸二酯酶的研究进展

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科学通报 2022年第22期67卷 2627-2637页

作者：张颖徐兆坤罗海霞郝秀静李敏宁夏大学西部特色生物资源保护与利用教育部重点实验室银川750021

c-di-AMP特异性磷酸二酯酶(c-di-AMP-specific phosphodiesterase,PDE)是一类能够将c-di-AMP水解为线性pApA或AMP的酶,对维持细菌体内c-di-AMP的代谢平衡至关重要.在不同的细菌中存在着不同结构类型的PDE,其功能既具有一定的保守性,又... 详细信息

c-di-AMP特异性磷酸二酯酶(c-di-AMP-specific phosphodiesterase,PDE)是一类能够将c-di-AMP水解为线性pApA或AMP的酶,对维持细菌体内c-di-AMP的代谢平衡至关重要.在不同的细菌中存在着不同结构类型的PDE,其功能既具有一定的保守性,又存在特异性.c-di-AMP作为第二信使分子在包括古菌、革兰氏阳性菌及支原体、衣原体、蓝细菌等部分革兰氏阴性菌等在内的原核生物中发挥多种功能.近年来研究显示,PDE通过调节细菌中cdi-AMP水平,进而调控细菌生长、生物被膜形成、细菌耐药性、细菌毒力和宿主细胞的免疫应答等生物学过程,是预防和治疗病原菌感染的重要潜在靶点,在疫苗研发及小分子药物筛选开发领域中具有极大的潜力.本文对近年来PDE分类、结构及生物学功能等方面进行综述,旨在为相关研究人员提供参考.

关键词：第二信使 c-di-AMP 磷酸二酯酶结构与功能

一种自适应的太赫兹无线个域网高效定向MAC协议

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电子与信息学报 2019年第1期41卷 99-106页

作者：任智吕昱辉徐兆坤邹明芮田洁丽重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 中国工程物理研究院激光聚变研究中心成都610000

针对现有太赫兹无线个域网定向MAC协议存在的波束训练开销和入网时延偏大以及Beacon, S-CAP时段时隙利用不足问题,该文提出一种自适应的定向MAC协议——AD-MAC,自适应地在静态场景下采用全网协同波束训练,在动态场景下节点基于历史信息... 详细信息

针对现有太赫兹无线个域网定向MAC协议存在的波束训练开销和入网时延偏大以及Beacon, S-CAP时段时隙利用不足问题,该文提出一种自适应的定向MAC协议——AD-MAC,自适应地在静态场景下采用全网协同波束训练,在动态场景下节点基于历史信息快速回复波束训练帧,同时使用反向监听策略减小同扇区节点的帧碰撞概率,并且通过时隙复用在Beacon和S-CAP时段并行发送控制帧和数据帧。理论分析表明了AD-MAC协议的有效性,仿真结果显示:相较于ENLBT-MAC等典型协议,AD-MAC在静态场景下的波束训练开销和节点平均入网时延分别降低了约21.84%和22.70%,在动态场景下上述二指标则分别减小了约18.7%和13.07%。

关键词：无线个域网太赫兹 MAC协议定向

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船用大功率柴油机新型燃油系统的数值仿真

船舶工程 1996年第6期 39-42+3页

作者：徐兆坤常健居根宏上海工程技术大学沪东造船厂

本文数值仿真了一种适合劣质燃油（重油）的循环式燃油系统（一泵二嘴四针阀），提出了处理喷油器和燃油分配器边界条件的准维模型以及用于喷油泵边界条件的新模型。该燃油系统已应用于MANB&WL60MC／MCE等大功率柴油机。与常规的数值仿... 详细信息

本文数值仿真了一种适合劣质燃油（重油）的循环式燃油系统（一泵二嘴四针阀），提出了处理喷油器和燃油分配器边界条件的准维模型以及用于喷油泵边界条件的新模型。该燃油系统已应用于MANB&WL60MC／MCE等大功率柴油机。与常规的数值仿真相比，求解管内流动的二队双曲型偏微分方程的边界条件发生了很大变化，这是燃油系统研究的难点和关键。预测结果与试验结果较为一致。本研究还进行了不同功率点变型方案的模拟研究和结构参数的优化设计分析，以满足不同船舶的需要。

关键词：数值仿真优化分析燃油系统柴油机