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一种基于新型检测算法的模块化的脉搏波预处理分析系统的设计与实现

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生物医学工程学杂志 2023年第3期40卷 529-535,543页

作者：江锋朱志斌张梦鸽冯静雯徐艺菲陈杭浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027 生物医学工程教育部重点实验室杭州310027 浙江省心脑血管检测技术与药效评价重点实验室杭州310027

作为人体常见的电生理信号之一,光电容积脉搏波蕴含了血液微循环的细节信息,已在多种医学场景中得到了普遍应用,准确检测脉搏波波形并量化其形态特征是其中必不可少的步骤。本文以设计模式为原则,开发了模块化的脉搏波预处理分析系统。... 详细信息

作为人体常见的电生理信号之一,光电容积脉搏波蕴含了血液微循环的细节信息,已在多种医学场景中得到了普遍应用,准确检测脉搏波波形并量化其形态特征是其中必不可少的步骤。本文以设计模式为原则,开发了模块化的脉搏波预处理分析系统。系统将预处理分析过程各环节设计为相互独立的功能模块,以期具有兼容性与复用性。此外,本文改进了脉搏波波形的检测过程,提出了一种基于初筛—复核—决策的新型波形检测算法。经验证,该算法各模块设计合理,对波形的识别准确率高、抗干扰能力强。本文开发的模块化脉搏波预处理分析软件系统,可满足不同平台下的多种脉搏波应用研究的个性化预处理需求;提出的高准确率的新型算法也为脉搏波分析过程提供了新思路。

关键词：脉搏波信号预处理设计模式波形检测算法

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基于心电信号的睡眠呼吸暂停综合征检测算法

生物医学工程学杂志 2013年第5期30卷 999-1002页

作者：余晓敏涂岳文黄超叶树明陈杭浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程系杭州310027 浙江大学浙江省心脑血管检测技术与药效评价重点实验室杭州310027

睡眠呼吸暂停综合征(SAS)的诊断对预防高血压、冠心病、心律失常、脑卒中等疾病具有重要的临床意义。本文基于单通道的心电(ECG)信号提出了一种新的SAS检测算法,该算法首先对ECG信号进行QRS波检测和预处理,得到RR间期和心源性呼吸(EDR)... 详细信息

睡眠呼吸暂停综合征(SAS)的诊断对预防高血压、冠心病、心律失常、脑卒中等疾病具有重要的临床意义。本文基于单通道的心电(ECG)信号提出了一种新的SAS检测算法,该算法首先对ECG信号进行QRS波检测和预处理,得到RR间期和心源性呼吸(EDR)信号序列,并从中提取各项时频特征参数(n=40),再对这些参数归一化处理后,使用支持向量机(SVM)进行分类训练,最终获得可评判SAS的指标。经MIT-BIH权威数据库(Apnea-ECG database)实验表明,本文算法在训练集和测试集上的准确率分别为95%和88%。

关键词：睡眠呼吸暂停综合征小波变换支持向量机

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脉搏波形态学研究及其在子痫前期的应用

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第8期52卷 857-861页

作者：陈婉琳江锋陈新忠封英缪家骏焦翠翠陈杭浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027 生物医学工程教育部重点实验室杭州310027 浙江省心脑血管检测技术与药效评价重点实验室杭州310027 浙江大学医学院附属妇产科医院杭州310027

子痫前期是妊娠20周后出现的特有疾病,会导致血液系统、消化系统、神经系统等的异常改变,严重危害孕产妇和围生儿的健康.针对实际临床中存在的子痫前期检测方法复杂、不便于日常监护的问题,提出了基于光电容积脉搏波提取相关特征参数的... 详细信息

子痫前期是妊娠20周后出现的特有疾病,会导致血液系统、消化系统、神经系统等的异常改变,严重危害孕产妇和围生儿的健康.针对实际临床中存在的子痫前期检测方法复杂、不便于日常监护的问题,提出了基于光电容积脉搏波提取相关特征参数的方法.根据脉搏波下降支的形态特征及生理意义,提取出了新的特征参数——光电容积斜率指数(PSI),通过逐段分析下降支斜率来体现外周血管阻力、血管壁弹性等生理信息的细节变化.基于临床采集的50例孕妇(23名为子痫前期患者,27名为正常孕妇)的光电容积脉搏波数据,对PSI指数区分子痫前期患者与正常孕妇的有效性进行了验证.结果表明,真阳性20例,假阳性1例,真阴性26例,假阴性3例,灵敏性和特异性分别达到87.0%和96.3%,准确性达到92.0%.PSI指数为子痫前期的无创诊断研究提供了理论依据和新的研究方法,对于实现子痫前期的早期筛查、保障孕妇和胎儿的健康有着重要意义.

关键词：光电容积脉搏波子痫前期光电容积斜率指数形态学

变间隔的脉冲改变高频刺激对于脑神经元的作用

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生物化学与生物物理进展 2019年第8期46卷 804-811页

作者：胡汉汉封洲燕王兆祥郑吕漂黄璐浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程教育部重点实验室

通常采用恒定电脉冲间隔的高频刺激(high-frequency stimulation,HFS),进行深部脑刺激治疗帕金森氏症等运动障碍疾病.为了开发适用于不同脑疾病治疗的新刺激模式,近年来脉冲间隔(inter-pulse-interval,IPI)变化的变频刺激模式受到关注.... 详细信息

通常采用恒定电脉冲间隔的高频刺激(high-frequency stimulation,HFS),进行深部脑刺激治疗帕金森氏症等运动障碍疾病.为了开发适用于不同脑疾病治疗的新刺激模式,近年来脉冲间隔(inter-pulse-interval,IPI)变化的变频刺激模式受到关注.已有研究表明,即使具有相同的平均电脉冲频率,变频刺激与恒频刺激的治疗效果也不同.我们推测,变频刺激的短小IPI变化就足以改变HFS对于神经元的作用.为了验证此推测,本文在大鼠海马CA1区锥体神经元的输入轴突纤维上交替施加恒频刺激(100或133 Hz,即IPI=10 ms或7.5 ms)和随机变频刺激(100~200 Hz,即IPI=5~10 ms,平均频率为133 Hz),记录并分析刺激下游神经元群体的诱发电位,用于定量评价神经元对于恒频和变频刺激的响应.实验结果表明,持续的恒频刺激使得神经元的响应从最初的同步发放形成的群峰电位(population spike,PS)转变为非同步的动作电位发放(即单元锋电位).但是,当刺激切换为变频模式时,却又可以诱发神经元群体同步产生动作电位,重新形成PS波.并且,变频刺激诱发的PS幅值和神经元发放的同步程度可达基线的单脉冲刺激诱发波的水平.但是,PS的发生率只有脉冲刺激频率的7%左右,表明在持续的变频刺激时,多个脉冲累积的作用才能诱发这种同步的神经元发放.而且PS的出现与前导IPI的长度之间存在一定关系.神经元的轴突和突触等结构对于高频刺激的非线性响应可能是变频刺激诱发同步活动的原因.这些结果表明,变频刺激序列中短小的间隔变化可以产生与恒定间隔不同的调控作用.本文的结果对于揭示脑刺激的作用机制,促进新型刺激模式的开发及其在不同类型脑疾病治疗中的应用具有重要意义.

关键词：高频刺激脉冲间隔随机频率群峰电位同步发放

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微电极阵列神经元锋电位信号的去噪方法

浙江大学学报（工学版） 2010年第1期44卷 104-110页

作者：吴丹封洲燕王静浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程教育部重点实验室浙江杭州310027

为了去除神经细胞外单细胞动作电位(即锋电位)记录信号中的各种噪声,提高幅值很小的单细胞锋电位信号检测的正确性,根据多通道微电极阵列记录信号中各个通道之间噪声空间相关性较强的特点,提出主成分分析(PCA)去噪与小波阈值去噪相结合... 详细信息

为了去除神经细胞外单细胞动作电位(即锋电位)记录信号中的各种噪声,提高幅值很小的单细胞锋电位信号检测的正确性,根据多通道微电极阵列记录信号中各个通道之间噪声空间相关性较强的特点,提出主成分分析(PCA)去噪与小波阈值去噪相结合的联合去噪方法.采用PCA方法提取并去除多通道记录信号中相关噪声的第一主成分,然后将信号进行小波多尺度分解,采用软阈值法去除各尺度下的噪声.仿真数据和测试结果表明,联合去噪方法可以同时去除有色噪声和白噪声,在各通道锋电位序列相互独立而噪声相关性较强的情况下,可以显著提高锋电位信号的信噪比.联合去噪方法的性能明显优于PCA去噪方法和小波阈值去噪方法单独使用时的性能,是一种有效的多通道锋电位信号去噪新方法.

关键词：锋电位主成分分析小波阈值去噪信噪比微电极阵列

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神经元锋电位信号滤波频率的选择

浙江大学学报（工学版） 2012年第2期46卷 351-358页

作者：封洲燕王静汪洋郑晓静浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程教育部重点实验室浙江杭州310027

为了在记录和分析细胞外神经元单元动作电位(即锋电位)时能够正确选择滤波频率范围,分析了不同下限和上限截止频率时锋电位的波形失真、信噪比以及分类正确率的变化过程.锋电位信号是利用微电极阵列采集的大鼠海马区神经元信号.结果表明... 详细信息

为了在记录和分析细胞外神经元单元动作电位(即锋电位)时能够正确选择滤波频率范围,分析了不同下限和上限截止频率时锋电位的波形失真、信噪比以及分类正确率的变化过程.锋电位信号是利用微电极阵列采集的大鼠海马区神经元信号.结果表明,下限截止频率小于100Hz且上限截止频率大于5 000Hz时,滤波造成的锋电位波形失真较小.对于锋电位的检出和分类这2种数据处理,它们的上限截止频率最佳范围一致,为3～5kHz.但是,对于下限截止频率,锋电位检出的最佳频率为500～600Hz,而锋电位分类的最佳频率却在200Hz左右,这是由于锋电位分类的正确率与信噪比和波形的失真都相关.

关键词：滤波截止频率波形失真锋电位检测锋电位分类

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神经细胞群峰电位的自动定量分析

浙江大学学报（工学版） 2008年第9期42卷 1641-1647页

作者：光磊封洲燕浙江大学生命科学学院浙江杭州310029 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程教育部重点实验室浙江杭州310027

为了实现具有多个波峰的群峰电位(population spike,PS)幅值的自动分析,设计了一种新的差分算法和海岸线算法,应用于高钾低钙环境下海马神经细胞的诱发群峰电位的计算,并与常规极值搜索法进行比较.结果显示,差分算法的结果与标准值拟合... 详细信息

为了实现具有多个波峰的群峰电位(population spike,PS)幅值的自动分析,设计了一种新的差分算法和海岸线算法,应用于高钾低钙环境下海马神经细胞的诱发群峰电位的计算,并与常规极值搜索法进行比较.结果显示,差分算法的结果与标准值拟合最好,检出的波峰个数也接近人工测量值.海岸线算法的结果与标准值也有良好的相关性.总之,新的差分算法具有精度高、特征点定位准确的优点,可以克服常规极值搜索法的一些不足之处.海岸线算法具有良好的精度,运算速度快,尤其适用于实时检测.

关键词：群峰电位自动分析差分算法海岸线算法

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一种新型生物传感器微系统的优化设计

中国生物医学工程学报 2004年第3期23卷 230-235页

作者：贺慧琦王平李蓉吴一聪浙江大学生物医学工程与仪器科学学院

介绍了一种用于生化检测的新型传感器微系统 ,采用光化学的原理定性和定量地检测溶液中的离子成分 ,自动完成检测系统的进样、检测 ,具有灵敏度高、对样品污染少、进样量少的特点 ,并能一次性地快速完成对多个指标的测试。文中采用有限... 详细信息

介绍了一种用于生化检测的新型传感器微系统 ,采用光化学的原理定性和定量地检测溶液中的离子成分 ,自动完成检测系统的进样、检测 ,具有灵敏度高、对样品污染少、进样量少的特点 ,并能一次性地快速完成对多个指标的测试。文中采用有限元分析软件ANSYS对微传感器的动力学特性进行了静力场、动力场和流体场的综合分析 ,模拟了这些微结构器件的工作状况 ,优化了该传感器的设计。通过仿真和部分实验数据验证。

关键词：生物微机电系统微系统有限元分析生物传感器

一种基于MeSH主题词的临床-组学关系挖掘方法

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生物化学与生物物理进展 2015年第8期42卷 770-779页

作者：冯亚宁焦梦映段会龙邓宁浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程教育部重点实验室杭州310027

癌症的发生发展与机体内基因的改变有密切联系,在临床上表现为症状或检测指标的异常.通过挖掘分析临床表现与基因改变之间的关系,可为癌症早期诊断和精准治疗提供临床决策支持.从文献数据出发,利用结论性数据挖掘基因与临床表现的关系... 详细信息

癌症的发生发展与机体内基因的改变有密切联系,在临床上表现为症状或检测指标的异常.通过挖掘分析临床表现与基因改变之间的关系,可为癌症早期诊断和精准治疗提供临床决策支持.从文献数据出发,利用结论性数据挖掘基因与临床表现的关系具有重要意义.本文提出一种基于医学主题词(Medical Subject Headings,Me SH)的生物医学实体关系挖掘方法.该方法利用PubMed中提供的文献信息,借用向量空间模型思想,使用MeSH主题词矢量表达待研究实体,引入文献相互引用因素对结果进行修正,将关系挖掘转化为矢量间的数学运算,实现定量分析.本文将该方法应用于结直肠癌临床表现和基因关系的研究中,得到与结直肠癌相关的203个基因和对应的临床-基因462个关系.通过结合使用基因功能和通路分析工具g:Profiler和KEGG等,对结果进行分析验证.结果表明,基于MeSH主题词的文献挖掘方法,避免传统"共现"方法对发现潜在关系的限制和复杂语义分析带来的大量计算,为生物实体之间潜在关系的挖掘提供一种新的思路和方法.

关键词：文献挖掘定量分析关系挖掘结直肠癌 PubMed MeSH