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基于交互力模糊识别的上肢康复机器人模式调整控制策略研究

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 90-97页

作者：李国宁陶亮孟京艳叶思佳冯光赵大正胡阳唐敏宋涛伏荣真左国坤张佳楫施长城中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 慈溪生物医学工程研究所浙江宁波315300 中国科学院大学北京100049 宁波市康复医院浙江宁波315040 浙江工业大学机械工程学院杭州310023 医用植介入材料浙江省工程研究中心浙江宁波315300

在上肢康复机器人辅助训练过程中,对于软瘫期脑卒中患者通常采用被动训练策略。为了激发患者的主动康复意愿,对于逐渐具备主动发力能力的患者,康复治疗师会采用机器人助动训练策略。本文针对末端牵引式上肢康复机器人,提出一种基于交互... 详细信息

在上肢康复机器人辅助训练过程中,对于软瘫期脑卒中患者通常采用被动训练策略。为了激发患者的主动康复意愿,对于逐渐具备主动发力能力的患者,康复治疗师会采用机器人助动训练策略。本文针对末端牵引式上肢康复机器人,提出一种基于交互力模糊判别的人体上肢运动功能评估方法以及按需辅助的人机交互控制策略。首先设计了基于计算力矩控制器的被动训练和结合势能场的助动训练模式,然后将训练过程中三维力传感器采集的交互力信息引入至模糊推理系统中,提出了主动参与度σ,并设计相应的辅助策略算法实现两种训练模式的自适应调整。最后通过试验证明了主动参与度σ与表面肌电信号之间的相关性。并且,相较于仅通过交互力大小进行模式调整的控制策略,该方法具有更快的响应速度,使机器人在训练过程中更具安全性。

关键词：上肢运动功能评估按需辅助模糊判别主动参与度相关性分析

纤维的体积与材料特性以及髓核横截面积对椎间盘力学行为的影响研究

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 144-151页

作者：董瑞春刘忠郭云强安钰坤石舟时明山东理工大学机械工程学院山东淄博255000 淄博市中心医院脊柱外科与肿瘤科山东淄博255000

在不同研究中纤维的材料特性、体积比例以及髓核的横截面积比例差异很大,而这些因素对椎间盘力学行为的影响尚不明确。通过建立不同参数的椎间盘有限元模型研究椎间盘在压力、压力与角位移或压力与扭矩等载荷下的压力、高度变化、转动... 详细信息

在不同研究中纤维的材料特性、体积比例以及髓核的横截面积比例差异很大,而这些因素对椎间盘力学行为的影响尚不明确。通过建立不同参数的椎间盘有限元模型研究椎间盘在压力、压力与角位移或压力与扭矩等载荷下的压力、高度变化、转动角度、应力和应变。结果发现,纤维材料特性对椎间盘力学行为有很大影响,特别是对转动角度的影响尤为显著。当纤维体积比例较小时,其变化对椎间盘的旋转角影响很大。髓核的面积比例对椎间盘力学行为的影响相对较小。在合理范围内通过适当调整纤维的弹性模量或体积比例,可以得到能够模拟正常椎间盘力学行为的模型。在椎间盘有限元模型中髓核的面积比例在25%~50%内是合理的。本文为椎间盘有限元模型创建和椎间盘退化机制研究提供了指导和参考。

关键词：椎间盘力学行为纤维体积髓核面积

微波心纹:基于超宽谱生物雷达检测心脏微动的非接触身份识别新技术

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 272-280页

作者：黄玮任伟王可涵李钊王健琪路国华祁富贵第四军医大学基础医学院西安710032 香港理工大学电子计算学系中国香港999077 第四军医大学生物医学工程系西安710032

现有一次性身份认证技术无法持续保证整个人-机交互会话过程中的用户身份合法性,且往往需要用户主动配合而严重限制可用性。本研究首次提出一种基于超宽谱(UWB)生物雷达检测心脏微动的非接触身份识别新技术,通过生物雷达连续检测心脏体... 详细信息

现有一次性身份认证技术无法持续保证整个人-机交互会话过程中的用户身份合法性,且往往需要用户主动配合而严重限制可用性。本研究首次提出一种基于超宽谱(UWB)生物雷达检测心脏微动的非接触身份识别新技术,通过生物雷达连续检测心脏体表区域距离维多点微动回波,在心拍分割的基础上利用二维主成分分析(2D-PCA)压缩提取心拍周期内距离通道-采样点二维图像的矩阵特征用于身份识别。实测实验中,以多距离单元&2D-PCA特征方案为基础结合两种常规的参考特征方案,选取三种典型分类器为代表在正常呼吸和屏息两种状态下进行心拍身份识别。结果表明,本文所提多距离单元&2D-PCA特征方案表现出最优的识别效果(识别率最高可达90%以上),相对最佳距离单元&整条心拍特征方案识别准确率总体平均提高6.16%(正常呼吸6.84%、屏息5.48%),相对多距离单元&整条心拍特征方案总体平均提高27.42%(正常呼吸28.63%、屏息26.21%)。本研究有望为未来社会用户信息安全防护提供一种无扰式、全天候、非接触、连续性身份识别新方法。

关键词：微波心纹生物雷达心脏微动非接触身份识别

基于卷积神经网络和长短时记忆网络的心理疲劳状态识别方法

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 34-40页

作者：王慧张玭金丰护赵宝永曾勤波肖文栋北京科技大学自动化学院北京100083 中国兵器装备集团自动化研究所有限公司四川绵阳621000 北京科技大学顺德创新学院广东顺德528399 北京市工业波普成像工程技术研究中心北京100083

现代生活节奏加快,生活压力逐渐增大,长期累积的心理疲劳对健康构成威胁。通过分析生理信号和参数,本文提出一种可以识别心理疲劳状态的方法,从而有助于维护健康生活。本文所提方法是基于卷积神经网络与长短时记忆网络结合的心电信号心... 详细信息

现代生活节奏加快,生活压力逐渐增大,长期累积的心理疲劳对健康构成威胁。通过分析生理信号和参数,本文提出一种可以识别心理疲劳状态的方法,从而有助于维护健康生活。本文所提方法是基于卷积神经网络与长短时记忆网络结合的心电信号心理疲劳状态识别方法。首先,利用一维卷积神经网络模型的卷积层提取局部特征,通过池化层提取关键信息,同时去除部分冗余数据。然后,将提取的特征作为长短时记忆网络模型的输入,以进一步进行心电特征的融合。最后,通过全连接层整合关键信息,成功实现了对心理疲劳状态的准确识别。研究结果表明,相较于传统的机器学习算法,本文提出的方法显著提高了心理疲劳识别的准确性,识别的准确度达到了96.3%,可为心理疲劳的预警和评估提供可靠的基础。

关键词：心理疲劳心电信号卷积神经网络长短时记忆网络

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基于脑电信号的通道选择研究综述

生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 398-405页

作者：李湘喆王丹张柏雯范超杰陈佳明许萌(综述) 陈远方(审校) 北京工业大学信息学部北京100124 北京市科学技术研究院、信息与人工智能技术研究所北京100089 中南大学交通运输工程学院长沙410075 北京机械设备研究所北京100854

脑电(EEG)信号是脑机接口(BCI)系统的关键信号载体。全脑电极排布采集的EEG数据有利于获得较高的信息表征。而个性化的电极布局,在保证EEG信号解码精度的基础上,亦能缩短BCI的校准时间,已成为一个重要的研究方向。本文梳理了近几年的EE... 详细信息

脑电(EEG)信号是脑机接口(BCI)系统的关键信号载体。全脑电极排布采集的EEG数据有利于获得较高的信息表征。而个性化的电极布局,在保证EEG信号解码精度的基础上,亦能缩短BCI的校准时间,已成为一个重要的研究方向。本文梳理了近几年的EEG信号通道选择方法,对不同的通道选择方法与不同的分类算法的结合效果进行了比较分析,总结了BCI中运动想象、P300等范式中常用的通道组合,并阐述了通道选择方法在不同范式中的应用场景,以期为实现更精准和更便携的BCI系统提供较有力的支持。

关键词：脑电信号解码通道选择脑机接口

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睡眠期间肠鸣音信号的鼾声噪声去除方法

生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 288-294页

作者：王国静王卫东刘洪运北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191 中国人民解放军总医院医学创新研究部北京100853 中国人民解放军总医院工业和信息化部生物医学工程与转化医学重点实验室北京100853

肠鸣音监测是评估睡眠期间肠动力的重要方法,但会受到鼾声噪声的严重影响。本文将自适应噪声的完备集合经验模态分解(CEEMDAN)方法用于睡眠期间肠鸣音的鼾声噪声去除。具体地,先对带噪肠鸣音进行带通滤波,然后使用CEEMDAN方法分解,最后... 详细信息

肠鸣音监测是评估睡眠期间肠动力的重要方法,但会受到鼾声噪声的严重影响。本文将自适应噪声的完备集合经验模态分解(CEEMDAN)方法用于睡眠期间肠鸣音的鼾声噪声去除。具体地,先对带噪肠鸣音进行带通滤波,然后使用CEEMDAN方法分解,最后选择适当的分量重构纯净肠鸣音。半模拟数据和真实数据验证表明,与普通的经验模式分解和小波去噪方法相比,CEEMDAN方法能更有效地去除鼾声噪声。CEEMDAN方法用于睡眠期间肠鸣音鼾声噪声去除,可为肠鸣音用于睡眠期间肠动力评估奠定重要基础。

关键词：肠鸣音鼾声自适应噪声的完备集合经验模态分解去噪

基于自监督预训练和多任务学习的肺腺癌无复发生存期预测

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 205-212页

作者：胡伦瑜夏威李琼高欣中国科学技术大学生命科学与医学部生物医学工程学院(苏州) 合肥230026 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 中山大学肿瘤防治中心影像科广州510060 济南国科医工科技发展有限公司济南250101

计算机断层成像(CT)是肺腺癌诊断与评估的重要工具,利用CT图像预测肺腺癌患者手术后的无复发生存期(RFS)对于术后治疗方案的制定具有重要意义。针对CT图像的肺腺癌RFS精准预测难题,本文提出了一种基于自监督预训练和多任务学习的肺腺癌... 详细信息

计算机断层成像(CT)是肺腺癌诊断与评估的重要工具,利用CT图像预测肺腺癌患者手术后的无复发生存期(RFS)对于术后治疗方案的制定具有重要意义。针对CT图像的肺腺癌RFS精准预测难题,本文提出了一种基于自监督预训练和多任务学习的肺腺癌RFS预测方法。采用“图像变换—图像恢复”的自监督学习策略,在公开肺部CT数据集上对3D-UNet网络进行自监督预训练解析肺部图像的通用视觉特征,通过分割与分类的多任务学习策略进一步优化网络特征提取能力,引导网络提取与RFS相关的图像特征,同时设计多尺度特征聚合模块以充分聚合多尺度的图像特征,最后借助前馈神经网络预测肺腺癌RFS风险评分。通过十折交叉验证评估所提方法的预测性能。结果显示,所提方法预测RFS的一致性指数(C-index)与预测三年内是否复发的曲线下面积(AUC)分别达到0.691±0.076与0.707±0.082,预测性能优于现有方法。综上,本研究所提方法在肺腺癌患者RFS预测方面表现出潜在的优越性,有望为个体化治疗方案的制定提供可靠依据。

关键词：计算机断层成像肺腺癌术后复发自监督学习多任务学习

用于生物样品处理的高强度聚焦超声装置开发研究

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 152-159页

作者：雷祝兵庞欣佩李力梅茜董文飞中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

针对传统超声设备存在的交叉污染、样本破碎不均匀等问题,本文研制了一种小型化、低成本的高强度聚焦超声装置。该装置通过凹球面自聚焦型压电陶瓷片产生超声波,在聚焦区域形成空化效应,实现样本裂解。首先,本文通过物理仿真证明装置的... 详细信息

针对传统超声设备存在的交叉污染、样本破碎不均匀等问题,本文研制了一种小型化、低成本的高强度聚焦超声装置。该装置通过凹球面自聚焦型压电陶瓷片产生超声波,在聚焦区域形成空化效应,实现样本裂解。首先,本文通过物理仿真证明装置的可行性,然后制作功率可调的驱动电路,实现0~22.4 W声功率输出,最后进行石蜡包埋样本脱蜡实验验证装置的有效性。实验结果表明,高强度聚焦超声装置的脱蜡效率和安全性明显优于传统化学方法,与商用超声仪器具有可比性。综上,本文研发的高强度聚焦超声装置有望应用于自动化核酸提取和纯化设备中,在样本前处理领域具有广阔的应用前景。

关键词：样本裂解高强度聚焦超声石蜡包埋样本

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面孔吸引力对经济决策的影响机制

科学通报 2024年第11期69卷 1447-1460页

作者：尚俊辰张懿倬陈文锋傅小兰东南大学人文学院医学人文学系南京211189 中国人民大学心理学系北京100872 中国科学院心理研究所脑与认知科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学心理学系北京100049

面孔吸引力影响人类的经济决策,人们对高吸引力和低吸引力博弈对象的决策不同.大量研究报告美貌溢价效应,另一些研究则发现美貌惩罚效应.前人提出经济学、社会心理学和进化心理学3个取向来解释面孔吸引力影响决策的原因.经济学取向和社... 详细信息

面孔吸引力影响人类的经济决策,人们对高吸引力和低吸引力博弈对象的决策不同.大量研究报告美貌溢价效应,另一些研究则发现美貌惩罚效应.前人提出经济学、社会心理学和进化心理学3个取向来解释面孔吸引力影响决策的原因.经济学取向和社会心理学取向都只提供了描述性解释,忽略了性别的作用.进化心理学取向则提出更深层次的解释,认为人类对高吸引力面孔的偏好主要受到择偶动机的驱使,且人们更偏爱高吸引力的异性.虽然这3个理论体系的解释层级不同,但并不互斥,它们在预测不存在性别差异的美貌溢价现象时有共同的解释力.电生理研究进一步从决策过程中面孔吸引力的认知加工和对公平以及风险的感知的影响方面揭示面孔吸引力影响经济决策的神经生物学机制,发现高吸引力面孔在决策过程中能诱发较大的晚期正成分,并激活伏隔核、眶额叶皮层、腹侧纹状体等与奖赏加工有关的脑区.未来研究应探究真实经济决策情境中,面孔与嗓音、气味等多通道吸引力的交互作用,建立不同面孔吸引力水平的动态连续变化模型,并将电生理研究与现有理论体系整合,全面阐释吸引力影响经济决策的神经机制,并充分挖掘面孔吸引力影响决策的中介变量和调节变量,为控制招聘等活动中的外貌偏见提供理论依据.

关键词：面孔吸引力经济决策美貌溢价美貌惩罚神经机制