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采用源空间套索分析和卷积神经网络方法的高频脑电动作模式识别方法

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西安交通大学学报 2024年第1期58卷 187-196页

作者：陶怡徐维维朱家林袁子文王茂德王刚西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室西安710049 西安交通大学第一附属医院康复医学科西安710061 西安交通大学第一附属医院神经外科西安710061

针对目前同侧手部运动意图识别率低的问题,提出了一种基于源空间套索分析和卷积神经网络(source-Lasso-CNN,SLC)的高频脑电动作模式识别方法。该方法运用空间源定位分析与握拳、展拳、二指对捏、三指对捏4种动作相关的脑电信号,使用组La... 详细信息

针对目前同侧手部运动意图识别率低的问题,提出了一种基于源空间套索分析和卷积神经网络(source-Lasso-CNN,SLC)的高频脑电动作模式识别方法。该方法运用空间源定位分析与握拳、展拳、二指对捏、三指对捏4种动作相关的脑电信号,使用组Lasso进行感兴趣区域(ROI)选择,再输入到卷积神经网络进行单手多类动作模式识别。采集13名被试者在4种手部动作模式下的脑电和肌电信号并进行预处理,采用基于核磁共振图像的边界元模型建立头模型、使用最小范数估计解决脑电源成像逆问题,将传感器空间的脑电信号映射至源空间。将源空间脑电序列按照布罗德曼分区进行划分,提取每个脑区的3个时域特征并基于特征采用组Lasso方法进行ROI选择,将挑选出的ROI及其对应源空间序列输入卷积神经网络中进行四分类。实验结果表明:采用source-Lasso-CNN的方法在高频(γ频带)脑电的识别准确率可达(82.23±12.71)%,优于在δ(1~3 Hz)、θ(4~7 Hz)、α(8~13 Hz)、β(14~30 Hz)以及全频带(1~100 Hz)上的结果。与其他先进方法相比,其准确率也有显著性的提升,显示了该方法在同侧手部运动意图识别中的有效性。

关键词：源空间 Lasso 卷积神经网络高频脑电手部运动意图识别

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泡沫金属电磁感应传热机理研究

工程热物理学报 2024年第3期45卷 811-818页

作者：王雪锋徐峰冯上升生物医学信息工程教育部重点实验室西安交通大学生命学院西安710049 西安交通大学仿生工程与生物力学中心西安710049

研究了电磁感应加热下泡沫金属填充液体的磁–热能量转换及瞬态升/降温传热过程,搭建了泡沫金属填充液体在感应加热与液体冷却下的联合控温实验系统,采用“频域–瞬态”和“松耦合”方法求解电磁–传热耦合数值模型,揭示了泡沫金属填充... 详细信息

研究了电磁感应加热下泡沫金属填充液体的磁–热能量转换及瞬态升/降温传热过程,搭建了泡沫金属填充液体在感应加热与液体冷却下的联合控温实验系统,采用“频域–瞬态”和“松耦合”方法求解电磁–传热耦合数值模型,揭示了泡沫金属填充液体的电磁场与热源分布规律、温度响应特性、温度均匀性以及泡沫金属结构和材质等参数的影响规律。结果表明,泡沫金属填充液体的电磁感应传热特性与泡沫金属的结构和材质密切相关。

关键词：泡沫金属电磁-传热耦合频域-瞬态方法电磁加热

体外心脏电测量及智能标测房颤基质的研究进展

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 184-190页

作者：常益董明王彬(综述) 范力宏(审校) 西安交通大学电工材料电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安交通大学第一附属医院西安710061

心脏三维电生理标测是房颤消融手术开展的前提与基础,侵入式标测是临床现行方法,但存在创伤大、手术时程长、成功率低等诸多不足。体外标测技术因无创、易操作等特点与优势,近年来成为电生理标测技术的发展趋势与新方向。随着计算机软... 详细信息

心脏三维电生理标测是房颤消融手术开展的前提与基础,侵入式标测是临床现行方法,但存在创伤大、手术时程长、成功率低等诸多不足。体外标测技术因无创、易操作等特点与优势,近年来成为电生理标测技术的发展趋势与新方向。随着计算机软硬件水平快速发展和临床数据库的增长,深度学习技术在心电数据方面的应用日趋广泛且取得了巨大进步,为体外心脏测量与智能标测房颤基质研究提供了新思路。本文综述了心电正问题、心电逆问题以及深度学习在房颤标测中的应用等领域的研究进展,探讨了体外智能标测房颤基质存在的问题以及可能的解决途径,对体外心脏电生理标测面临的挑战和未来的发展方向进行了展望。

关键词：心房颤动电生理标测心电正问题心电逆问题深度学习

散射体旋转诱导模态下拓扑声高性能波束成形机理

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西安交通大学学报 2024年第9期58卷 191-204页

作者：马承志吴九汇宋倩于罗钦西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049

实现具有特定形式的无旁瓣高指向性声波波束的发射以及发射器件抵抗错误因素的能力过低一直是波束成形领域的棘手问题,通过旋转散射体在声学拓扑绝缘体的体边对应关系下提出了散射体旋转诱导模态下拓扑声学高性能波束成形机理。受到旋... 详细信息

实现具有特定形式的无旁瓣高指向性声波波束的发射以及发射器件抵抗错误因素的能力过低一直是波束成形领域的棘手问题,通过旋转散射体在声学拓扑绝缘体的体边对应关系下提出了散射体旋转诱导模态下拓扑声学高性能波束成形机理。受到旋转散射体对模态耦合的调控,能够实现无旁瓣宽频段下对波束波峰宽度以及波束能量衰减速率的近场和远场调控。通过在此结构内部引入错误因素,发现此拓扑声学高性能波束成形器具有高容错特性,多个错误因素对波束成形的近场远场结果基本不产生影响,这在很大程度上降低了加工制造的难度,同时极大地提高了器件的使用寿命。分别对拓扑声学波束成形以及错误因素介入下波束成形进行了实验验证,实验测试结果实现了4100~4630 Hz宽频带下无旁瓣的宽波峰波束,并且在器件中部分散射体缺失的情况下充分验证了波束成形器的高容错性。该研究提出的全新波束成形方法可为声学通信、微纳制造、生物医学和其他微形及多功能声学设备的工程应用提供参考。

关键词：波束成形拓扑声学高容错模态耦合无旁瓣

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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三价超铀元素镅冠醚包合物的合成与表征

科学通报 2024年第23期69卷 3404-3411页

作者：李凯王俊人代星程丽葳张海龙林健王亚星王殳凹苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室苏州215123 西安交通大学核科学与技术学院西安710049

本文报道了95号元素镅(Am)的冠醚包合物[Am(NO_(3))_(2)(18-crown-6)]_(3)·[Am(NO_(3))_(6)](简写为Am-18C6)合成、单晶结构和固体紫外-可见-近红外光谱.X射线单晶衍射表明,Am-18C6晶体属于单斜晶系中的C2/m空间群,非对称单元由[Am(NO_(3))_(6)]^(3-)、[Am(NO_(3))_(2)(18C6)]^(+)和二重无序的[Am(NO_(3))_(2)(18C6)]^(+)孤立离子对组装而成.我们系统比较了Am-O键长与镧系同构晶体中Nd-O键长的差异,并将其与密度泛函理论(density function theory,DFT)计算的理论键长进行了对比.结果表明,Am^(3+)和Nd^(3+)的电子密度变化截然不同,Am^(3+)表现出明显地失去5f电子密度,这意味着Am^(3+)的5f电子在向着O–Am配位键中心延展和极化,而Nd^(3+)并未表现出此特性.本工作对加深三价超铀元素和大环配体之间主客体相互作用理解提供了帮助,为设计新型镧锕分离萃取剂提供了结构模型与理论基础.

关键词：超铀元素镅配合物密度泛函理论

结合多种子区域生长和边界延伸的智能牙齿分割方法研究

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生物医学工程学杂志 2024年第3期41卷 520-526页

作者：刘志华薛久涛唐浩廖与禾西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049 西安交通大学陕西省机械产品质量保障与诊断重点实验室西安710049 重庆科技大学机械与动力工程学院重庆401331

三维牙颌模型的分割是计算机口腔辅助诊疗系统的关键步骤。针对牙齿分割技术普适性差、欠分割的问题,提出一种结合多种子区域生长和边界延伸的智能牙齿分割方法。该方法结合牙齿的负曲率网格的分布特点获得新种子点,通过差异性区域生长... 详细信息

三维牙颌模型的分割是计算机口腔辅助诊疗系统的关键步骤。针对牙齿分割技术普适性差、欠分割的问题,提出一种结合多种子区域生长和边界延伸的智能牙齿分割方法。该方法结合牙齿的负曲率网格的分布特点获得新种子点,通过差异性区域生长适应了牙齿顶面和侧面间的差异性结构,并结合几何特征对初次分割的边界进行延伸,有效弥补了区域生长的欠分割缺陷。在实验中,通过与当前经典的算法进行对比和消融实验,表明本文方法能够更好地分割拥挤的牙颌模型,具有较强算法普适性,已具备满足口腔诊疗中实际分割需求的能力。

关键词：牙齿分割区域生长算法多种子点边界延伸

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气流作用下气道组织变形的流固耦合研究

力学学报 2024年第2期56卷 472-481页

作者：秦源陈茜魏东任晓勇徐光魁西安交通大学航天航空学院多尺度力学-医学交叉实验室西安710049 西安交通大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科西安710004 空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

悬雍垂腭咽成形术(UPPP)是一种治疗阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的常规外科手术,然而由于手术作用机制仍不清楚,手术成功率较低.现有的研究大多忽略了患者上气道的具体形态以及呼吸作用下气道软组织的弹性变形,不足以有效指导手术治疗.文章... 详细信息

悬雍垂腭咽成形术(UPPP)是一种治疗阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的常规外科手术,然而由于手术作用机制仍不清楚,手术成功率较低.现有的研究大多忽略了患者上气道的具体形态以及呼吸作用下气道软组织的弹性变形,不足以有效指导手术治疗.文章基于OSA患者在术前、术后的CT扫描图像,构建了精确的三维上气道模型,通过双向流固耦合(FSI)计算,模拟研究了呼吸作用下上气道软组织的弹性变形和气道内气流流动情况.比较手术成功案例和失败案例中OSA患者上气道的流速、压力分布及气道弹性变形情况,从气道流体流动状态和气道软组织变形的角度解释了OSA的发生原因与手术作用机制.结果表明,最小横截面积尺寸并不是UPPP手术成功与否的决定性因素,成功的手术应当是减轻气道壁负压力程度、降低气道进出口之间的压降.此外,使用双向FSI方法,文章进一步构建了简化的人体二维软腭模型,探究了软腭弹性模量对吸气过程的影响,发现当软腭的弹性模量在0.5~1.5 MPa的范围内时,刚度更小的软腭会改善流场的流动情况,但也更易发生变形塌陷.文章所发展的流固模型为个性化预测手术效果提供了研究工具.

关键词：上气道阻塞性睡眠呼吸暂停双向流固耦合压降数值模拟

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多喷嘴喷雾冷却表面传热特性实验研究

化工学报 2024年第1期75卷 231-241页

作者：李晓阳李东陶明磊周致富张灵怡苏力争张天宁李智陈斌西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 西安电子工程研究所陕西西安710100

低沸点制冷剂(R134a)喷雾冷却能快速降低表面温度,在高性能芯片等电子设备热管理、生物医学中均具有广泛应用,可实现喷雾表面的低温高效散热。多喷嘴喷雾冷却可实现较大冷却表面的均匀冷却及冷量的灵活调控。搭建了制冷剂喷雾冷却实验台... 详细信息

低沸点制冷剂(R134a)喷雾冷却能快速降低表面温度,在高性能芯片等电子设备热管理、生物医学中均具有广泛应用,可实现喷雾表面的低温高效散热。多喷嘴喷雾冷却可实现较大冷却表面的均匀冷却及冷量的灵活调控。搭建了制冷剂喷雾冷却实验台,研究了多喷嘴喷雾冷却表面传热特性,并分析了喷嘴的孔径、间距、高度、喷雾时间和喷雾压力等因素对多喷嘴喷雾冷却表面传热特性的影响。结果表明:喷嘴孔径对冷却均匀性影响最大,其次是喷嘴间距,适当的喷嘴孔径(0.4 mm)和间距(11 mm)能使制冷剂喷雾在表面合理分布,最低温Tmin能达到最小值;10 mm喷嘴高度和1.2 MPa喷雾压力可以使液滴充分雾化并延长有效冷却时间。

关键词：喷雾冷却瞬态传热电子热管理 R134a

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