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基于脑机接口的嗅觉神经信号识别筛查阿尔茨海默症的研究

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传感技术学报 2024年第9期37卷 1650-1658页

作者：段言王天星袁群琛石颖倩胡燕婕庄柳静王平浙江大学生仪学院生物传感器国家专业实验室浙江大学生仪学院生物医学工程教育部重点实验室浙江亿联康医疗科技有限公司浙江大学医学院附属邵逸夫医院

本文研究了一种基于脑机接口的嗅觉神经信号筛查阿尔茨海默症的方法。针对哺乳动物嗅觉系统的生理结构，设计开发了植入式柔性神经电极，将电极植入小鼠嗅觉系统，读取在体嗅觉神经信号。以阿尔茨海默症模型小鼠为研究对象，提取模型小... 详细信息

本文研究了一种基于脑机接口的嗅觉神经信号筛查阿尔茨海默症的方法。针对哺乳动物嗅觉系统的生理结构，设计开发了植入式柔性神经电极，将电极植入小鼠嗅觉系统，读取在体嗅觉神经信号。以阿尔茨海默症模型小鼠为研究对象，提取模型小鼠和对照小鼠的自发嗅觉神经活动，分析了神经信号在时域和频域上的分布差异，结果表明阿尔茨海默症小鼠嗅觉系统中存在异常的神经振荡。此外，提出了一种基于嗅觉神经信号的阿尔茨海默症分类识别与筛查方法。对嗅觉神经信号进行特征提取，利用多种机器学习模型实现了阿尔茨海默症的分类，其中ANN模型准确率最高，达到89.98%。实验结果表明，所研究的方法为AD疾病的筛查与诊断提供了一种新的技术手段。

关键词：生物医学工程阿尔茨海默症诊断嗅觉神经信号机器学习

利用脑电图信号进行脑部疾病诊断的人工智能方法（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology) 2024年第10期 914-941页

作者：尚书诺石颖倩张娅婕刘梦雪张宏王平庄柳静浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物传感器国家专业实验室生物医学工程教育部重点实验室浙江大学教育部脑与脑机融合前沿科学中心浙江大学脑机智能全国重点实验室

大脑信号反映了脑细胞活动引起的电信号变化或代谢变化。在各种非侵入性测量方法中，脑电图作为一种广泛应用的技术可以帮助了解大脑模式。脑电图中的异常读数可作为与神经系统疾病相关的脑活动的指标。脑机接口（BCI）系统能够直接从... 详细信息

大脑信号反映了脑细胞活动引起的电信号变化或代谢变化。在各种非侵入性测量方法中，脑电图作为一种广泛应用的技术可以帮助了解大脑模式。脑电图中的异常读数可作为与神经系统疾病相关的脑活动的指标。脑机接口（BCI）系统能够直接从人脑提取和传输信息，从而实现与外部设备的交互。人工智能（AI）的出现极大地提高了BCI技术精度和准确性，并拓宽了该领域的研究范围。AI技术包括机器学习（ML）和深度学习（DL）模型，可以利用脑信号对各种脑部疾病进行分类和预测。本文综述了AI在基于脑电图的脑部疾病诊断中的应用，特别是AI算法在该领域应用的进展。

关键词：脑部疾病脑电图脑机接口人工智能

改进的局部最值分段多项式拟合算法精确校正拉曼光谱基线

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1073-1080页

作者：田超凡李剑君翁国军朱键赵军武西安交通大学生命科学与技术学院教育部生物医学信息工程重点实验室陕西西安710049

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁... 详细信息

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁琐,处理结果差异较大。同时,在使用过程中,多项式阶数及移动分段窗口难以选择确定,因此处理的结果常出现欠拟合或过拟合现象。针对传统多项式拟合算法的此类局限性,改进了局部最值分段多项式拟合(NPPF)算法用于精确校正拉曼光谱基线。首先采用了改进的基于分段的局部最值算法,选取光谱中最宽峰底部轮廓的近似横向宽度作为背景点窗口宽度,依次选取窗口内的最小两个值作为需要拟合的背景基线点,避免直接比较或者人工选取导致的背景点选取困难,实现更准确地选取每个背景轮廓基线点。然后通过每个窗口三次拟合迭代覆盖的方式,得到三个拟合曲线函数,选取窗口内每个点对应三个曲线函数值,分别计算与前一拟合值的差值绝对值,取绝对值最小的曲线函数值作为此点拟合曲线值,从而较好地避免了传统分段多项式拟合(PPF)算法中的欠拟合和过拟合现象,同时也确定了拟合过程中的阶数和分段窗口。模拟了两种不同背景类型的拉曼光谱,将NPPF与PPF算法分别对两种模拟光谱进行处理比较,发现NPPF处理结果均方根误差(RMSE)小,证实NPPF较于PPF的优越性。最后,对实际样品(烯啶虫胺、罗丹明6G)的拉曼光谱进行了NPPF和PPF对比处理,发现NPPF的拟合基线较为准确,证实该算法NPPF在拉曼光谱基线校正预处理中具有广泛的实际应用价值和前景。

关键词：拉曼光谱多项式拟合基线校正局部最值

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“医工融合转化”专题前言

中国激光 2024年第9期51卷 1-2,F0002页

作者：刘谦黄国亮丁志华邱海霞杨思华海南大学清华大学生物医学工程学院浙江大学二级中国光学学会生物医学光子学专业委员会中国感光学会光学传感与诊断专业委员会中国人民解放军总医院第一医学中心激光医学科华南师范大学华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室华南师范大学生物光子学研究院

医工融合转化旨在面向人民生命健康,围绕预防、诊断、治疗和康复等具体需求,通过结合医学知识与工程技术,创造能够满足临床需求的创新医疗产品。医工融合转化不仅促进了医学与工程学领域的深度交叉和协同发展,而且推动了新型医学诊疗技... 详细信息

医工融合转化旨在面向人民生命健康,围绕预防、诊断、治疗和康复等具体需求,通过结合医学知识与工程技术,创造能够满足临床需求的创新医疗产品。医工融合转化不仅促进了医学与工程学领域的深度交叉和协同发展,而且推动了新型医学诊疗技术的研发。此外,它还加速了智能医疗与健康管理的创新,从而显著提升了医疗服务水平,是实现国家“十四五”发展规划中全民健康信息化建设战略目标的重要途径。

关键词：人民生命健康医疗服务水平工程技术全民健康协同发展临床需求智能医疗医学诊疗技术

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心肌细胞传感器优化设计及其药物分析

浙江大学学报（工学版） 2016年第6期50卷 1214-1220页

作者：王琴方佳如曹端喜周洁苏凯麒黎洪波王平浙江大学生物传感器国家专业实验室生物医学工程教育部重点实验室生物医学工程与仪器科学学院浙江杭州310027

为了构建高度稳定性和一致性的心肌细胞电位传感器,从微电极阵列表面亲水性和细胞培养密度两方面对心肌细胞和微电极阵列（MEA）的耦合性进行研究.通过对MEA表面进行高分子蛋白明胶的修饰来提高MEA表面的亲水性,并重点分析不同细胞密度... 详细信息

为了构建高度稳定性和一致性的心肌细胞电位传感器,从微电极阵列表面亲水性和细胞培养密度两方面对心肌细胞和微电极阵列（MEA）的耦合性进行研究.通过对MEA表面进行高分子蛋白明胶的修饰来提高MEA表面的亲水性,并重点分析不同细胞密度下构建的心肌细胞电位传感器的胞外场电位信号（EFP）信号特征.研究结果表明：心肌细胞按优化密度12万/cm2培养在经明胶修饰的MEA表面上,可促使心肌细胞和MEA形成高度紧密的耦合.在此条件下构建的心肌细胞传感器,能稳定输出一致性良好的EFP信号,电位幅值可达到约1.2mV,发放频率可达到约180次/min,信号稳定期可维持3~4d.通过选择2种典型的工具药物异丙肾上腺素和利多卡因对优化后的心肌细胞电位传感器进行分析性能的测试,实验结果表明：20μM的异丙肾上腺素和利多卡因分别大幅度增强和抑制了电位幅值和发放频率,结果与文献报导的结果相一致.该心肌细胞传感器对2种测试药物作出了快速而灵敏的响应,有望成为药物检测和分析的有效平台.

关键词：微电极阵列(MEA) 心肌细胞亲水性细胞密度细胞传感器胞外场电位信号

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纳米技术在生物传感器及检测中的应用

传感技术学报 2006年第3期19卷 581-587页

作者：王丽江陈松月刘清君王平浙江大学生物传感器国家专业实验室生物医学工程教育部重点实验室生物医学工程与仪器科学学院杭州310027

纳米生物技术是纳米技术与生物技术交叉渗透形成的新技术,是纳米技术的重要组成部分,也是将来生物医学领域中的一个重要发展方向。纳米颗粒是生物医学中研究最多、应用最广的纳米材料,有着许多独特的性质。本文叙述了近年来国际上以纳... 详细信息

纳米生物技术是纳米技术与生物技术交叉渗透形成的新技术,是纳米技术的重要组成部分,也是将来生物医学领域中的一个重要发展方向。纳米颗粒是生物医学中研究最多、应用最广的纳米材料,有着许多独特的性质。本文叙述了近年来国际上以纳米颗粒为基础的纳米技术在生物传感器及生物检测中的研究成果和进展,介绍了纳米颗粒的制备方法,以及它们在纳米生物传感器和纳米生物芯片中的应用,结合纳米病原微生物检测也介绍了我们进行的有关免疫传感器检测细菌的研究成果。最后,对该领域的应用前景进行了展望。

关键词：纳米技术纳米生物学技术纳米颗粒纳米生物传感器生物检测

基于PCI和DSP结构的多通道神经信号采集系统的研制

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仪器仪表学报 2007年第2期28卷 198-202页

作者：叶学松高波张莹伟王彬王鹏李炯熹浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物传感器国家专业实验室生物医学工程教育部重点实验室杭州310027

详细阐述了一种基于DSP和PCI结构的多通道神经信号高速数据采集系统的设计与实现。该系统采用CPLD实现了DSP与多通道ADC的逻辑和时序控制,通过DSP的HPI与PCI总线接口设计实现了采集数据的高速传输。本文还介绍了Win-dows2000下运用Drive... 详细信息

详细阐述了一种基于DSP和PCI结构的多通道神经信号高速数据采集系统的设计与实现。该系统采用CPLD实现了DSP与多通道ADC的逻辑和时序控制,通过DSP的HPI与PCI总线接口设计实现了采集数据的高速传输。本文还介绍了Win-dows2000下运用DriverStudio软件开发基于WDM的PCI设备驱动程序的相关技术。最后给出了系统应用于大鼠脑电信号采集的实验结果。

关键词：多通道数据采集 PCI DSP CPLD

结合光遗传神经调控技术的仿生嗅觉传感系统的研究进展

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科学通报 2017年第31期62卷 3619-3630页

作者：高克强庄柳静秦臻张斌王平浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物传感器国家专业实验室生物医学工程教育部重点实验室杭州310027

嗅觉系统是一个极其巧妙的化学感受器,嗅感觉神经元对外界的气味刺激产生响应,然后将此信号传递到嗅球进行信号的整合和处理,最终传递到嗅皮层,嗅皮层作为嗅感觉系统的最高级皮层识别出气味信息,这种响应和传递过程具有高度的灵敏性、... 详细信息

嗅觉系统是一个极其巧妙的化学感受器,嗅感觉神经元对外界的气味刺激产生响应,然后将此信号传递到嗅球进行信号的整合和处理,最终传递到嗅皮层,嗅皮层作为嗅感觉系统的最高级皮层识别出气味信息,这种响应和传递过程具有高度的灵敏性、特异性和快速性.光遗传学是近年来国际上一个新的发展方向,通过光控制神经细胞可诱发细胞按照某一特定频率发放.仿生嗅觉传感器是一种新型化学传感仿生技术,它以嗅觉受体、细胞、组织等生物材料为敏感元件,结合二级变换器实现对气味物质的特异性和高灵敏的检测,从而达到类似生物体嗅觉的检测性能,将其与光遗传技术结合,可以更深入研究仿生嗅觉系统传递的机制.本文概述了近年来国际上光遗传技术在嗅觉机制研究中的研究进展,并结合光遗传在仿生嗅觉传感技术的研究和我们的研究工作,展望了未来该领域可能的发展前景.

关键词：嗅觉光遗传仿生传感技术气味识别电子鼻

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基于心音信号处理的冠心病诊断的研究

浙江大学学报（工学版） 2004年第1期38卷 98-102页

作者：康锋叶学松王平陈裕泉浙江大学生物传感器国家专业实验室生物医学工程教育部重点实验室生物医学工程与仪器科学学院浙江杭州310027

记录舒张期心音信号,用信号处理方法进行分析识别,实现冠心病的无创诊断.将小波分析(WT)、自回归滑动平均(ARMA)以及独立分量分析(ICA)方法分别应用于冠心病(CAD)心音信号的特征提取,并将提取的特征值输入径向基(RBF)神经网络进行训练... 详细信息

记录舒张期心音信号,用信号处理方法进行分析识别,实现冠心病的无创诊断.将小波分析(WT)、自回归滑动平均(ARMA)以及独立分量分析(ICA)方法分别应用于冠心病(CAD)心音信号的特征提取,并将提取的特征值输入径向基(RBF)神经网络进行训练和识别.实验结果,CAD病人和非CAD病人的正确检测率分别是:小波分析80%,85%;ARMA70%,75%;ICA85%,85%.结果表明,在CAD病人的心音中含有300～800Hz的高频心音能量.在三种方法中,ICA显示了较好的效果.

关键词：心音信号冠心病小波分析自回归滑动平均独立分量分析径向基神经网络