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基于稀疏非负矩阵分解和支持向量机的海洋溢油近红外光谱鉴别分析

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光谱学与光谱分析 2011年第5期31卷 1250-1253页

作者：谈爱玲毕卫红赵勇燕山大学信息科学与工程学院光电子工程系河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院生物医学工程系河北秦皇岛066004

提出一种海洋溢油近红外光谱特征提取与种类鉴别新方法。海面溢油种类鉴别对现场应急处置方案的制定和可疑溢油源的追踪具有重要意义。采用傅里叶变换近红外光谱仪测定汽油、柴油、煤油三类模拟海洋溢油样本的近红外光谱,基于稀疏非负... 详细信息

提出一种海洋溢油近红外光谱特征提取与种类鉴别新方法。海面溢油种类鉴别对现场应急处置方案的制定和可疑溢油源的追踪具有重要意义。采用傅里叶变换近红外光谱仪测定汽油、柴油、煤油三类模拟海洋溢油样本的近红外光谱,基于稀疏非负矩阵分解算法对光谱进行特征提取,采用五重交叉检验,对210个样本进行训练,建立基于支持向量机的溢油光谱定性分析模型,同时讨论非负特征基数目以及稀疏因子对分类正确率的影响;利用训练好的分类器对90个未知样本进行鉴别,识别正确率达97.78%。所提出的稀疏非负矩阵分解结合支持向量机的近红外光谱定性分析方法,识别正确率高,模型泛化能力强,具有很好的分类效果,为海洋溢油的快速鉴别提供了新途径。

关键词：近红外光谱海洋溢油稀疏非负矩阵分解支持向量机

有效探测区域的内窥式漫射层析成像图像重构算法

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光学学报 2011年第11期31卷 230-236页

作者：秦转萍赵会娟周晓青杨彦双高峰天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程与科学仪器系天津300072

为了减少近红外漫射光内窥式成像设备的造价和图像重构时间,提出了有效探测区域检测方法和相应的内窥式图像重构算法,用于实现对吸收系数和约化散射系数的同时重构。首先采用蒙特卡罗模拟研究了某源点激励下的有效探测区域;其次发展了... 详细信息

为了减少近红外漫射光内窥式成像设备的造价和图像重构时间,提出了有效探测区域检测方法和相应的内窥式图像重构算法,用于实现对吸收系数和约化散射系数的同时重构。首先采用蒙特卡罗模拟研究了某源点激励下的有效探测区域;其次发展了基于有效探测区域的图像重构算法;最后讨论了有效探测区域内测量点数对重构结果的影响,并用模拟数据验证了所发展的算法。结果表明:基于有效探测区域进行重构的算法具有较好的重构精度,吸收系数和约化散射系数的保真度分别可达60%和80%以上,目标尺度方位基本准确,且重构时间可减少一半。基于有效探测区域的检测方法和重构算法可用于对宫颈等管状器官的漫射成像。

关键词：医用光学频域漫射层析成像有效探测区域蒙特卡罗模拟内窥式宫颈癌

1,4-苯二硫醇的表面增强拉曼光谱和激发态的密度泛函理论研究

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光谱学与光谱分析 2014年第2期34卷 421-425页

作者：邵洋帆李重阳冯远明林旺天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程系天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室天津300072

利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)在B3LYP/6-311+g(d)(C,H,S)和Lanl2dz(Ag、Au)基组下对1,4-苯二硫醇分子及其复合物进行了结构优化和频率计算,得到了分子及其复合物稳定的化学构型和拉曼光谱。优化后的1,4-苯二硫醇分... 详细信息

利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)在B3LYP/6-311+g(d)(C,H,S)和Lanl2dz(Ag、Au)基组下对1,4-苯二硫醇分子及其复合物进行了结构优化和频率计算,得到了分子及其复合物稳定的化学构型和拉曼光谱。优化后的1,4-苯二硫醇分子的S—H键和苯环所在平面夹角为20.2°,分子非平面结构。模拟了金银团簇在苯硫醇分子表面的吸附行为,得到了金团簇和银团簇在分子表面的吸附方式,即,金团簇以接近平行的方向吸附于苯硫酚分子的表面而银团簇则以几乎垂直的方向吸附于分子表面。此外,还分析了静态极化率数值变化和自然键轨道(natural bond orbital,NBO)布局分析得到的电荷分布对拉曼光谱的强度变化的影响。复合物1,4-BDT-Au2,1,4-BDT-Ag2和三明治结构的Ag2-1,4-BDT-Au2拉曼光谱谱峰强度与静态极化率数值变化有很好的吻合。采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对Ag2-1,4-BDT-Au2复合物进行了激发态的分析计算,通过模拟吸收光谱和计算轨道跃迁单激发态,分析计算了三明治结构的电荷转移激发态,利用可视化的电荷转移,研究了表面增强拉曼(surface enhanced Raman scattering,SERS)化学增强机理。

关键词：密度泛函理论 1,4-苯二硫醇表面增强拉曼光谱激发态

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电容射频热疗中深部有效热区优化方法研究

中国生物医学工程学报 2003年第5期22卷 385-392页

作者：万柏坤毕卡诗程晓曼张力新林世寅王伟天津大学生物医学工程与科学仪器系天津300072 天津理工学院光电信息与电子工程系天津300191 天津肿瘤研究所放射物理研究室天津300060

提出一种电容射频热疗中优化求解预期深部有效热区分布逆问题的方法。其思路是根据深部肿瘤组织靶区加热温度和避免正常组织过热的要求 ,引入目标函数和有关权重系数 ,在应用有限元法求解加热电磁场方程和生物传热方程过程中 ,通过遗传... 详细信息

提出一种电容射频热疗中优化求解预期深部有效热区分布逆问题的方法。其思路是根据深部肿瘤组织靶区加热温度和避免正常组织过热的要求 ,引入目标函数和有关权重系数 ,在应用有限元法求解加热电磁场方程和生物传热方程过程中 ,通过遗传算法迭代修正加热物理参数 ,使目标函数达到极小值 ,获得达到理想热场分布的优化解。该方法使用简化人体真实组织结构的非均质模型并用于制定电容射频热疗中深部肿瘤热疗方案 ,获得满意的仿真计算优化结果。比较两电容热疗和三电容热疗的优化效果表明 ,三电容热疗具有更好的深部有效热区优化能力。这项生物体内温度场重构和优化控制技术将对肿瘤热疗装置设计和临床方案制定有重要应用价值。

关键词：高温治癌有效热区逆问题优化求解有限元法(FEM) 遗传算法(GA)

过度使用互联网对脑电事件相关电位gamma节律同步效应的影响研究

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仪器仪表学报 2008年第11期29卷 2378-2383页

作者：郁洪强赵欣刘海婴王明时天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程与科学仪器系天津300072

本文应用小波变换和短时傅里叶变换的方法研究过度使用互联网对脑电事件相关电位(event-related potentials,ERP) gamma节律同步效应的影响。采用汉字认知失匹配实验,分别采集过度使用互联网者与正常受试者的ERP,并利用小波变换分别提取... 详细信息

本文应用小波变换和短时傅里叶变换的方法研究过度使用互联网对脑电事件相关电位(event-related potentials,ERP) gamma节律同步效应的影响。采用汉字认知失匹配实验,分别采集过度使用互联网者与正常受试者的ERP,并利用小波变换分别提取ERP中的gamma节律成分,然后利用Gabor变换对其进行时频分析。结果发现对于正常受试者,gamma节律的活动与ERP的N200、P300、N400具有明显的同步效应。然而对于过度使用互联网者,其gamma节律活动较正常受试者明显减弱.并且其gamma节律的同步效应较正常受试者明显延迟。此结果说明过度使用互联网对于脑电gamma节律同步效应产生了负性影响,这表明过度使用互联网对于大脑进行信息的整合和编码造成了影响。

关键词：小波变换 gamma节律事件相关电位短时傅里叶变换

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基于光遗传学技术的脑机接口研究进展

中国生物医学工程学报 2024年第2期43卷 204-213页

作者：孟兆阳蒲江波李向宁华中科技大学武汉光电国家研究中心生物医学光子学教育部重点实验室武汉430074 中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192 海南大学生物医学工程学院海南省生物医学工程重点实验室海南三亚572025

脑机接口作为一种大脑和外部设备之间的双向通信系统,在增强脑功能、人机交互和神经康复方面得到了广泛应用。基于光遗传学技术的脑机接口,弥补了电极刺激在生物兼容性、刺激精度与细胞类型特异性上的缺陷,成为神经工程领域的研究热点... 详细信息

脑机接口作为一种大脑和外部设备之间的双向通信系统,在增强脑功能、人机交互和神经康复方面得到了广泛应用。基于光遗传学技术的脑机接口,弥补了电极刺激在生物兼容性、刺激精度与细胞类型特异性上的缺陷,成为神经工程领域的研究热点。综述了光遗传学脑机接口在动物实验中的应用,以及在闭环调控脑区活动、反馈虚拟感觉和脑-脑交互等方面取得的研究进展;介绍了集成化和微型化新型光遗传学接口的研究前沿;总结了光遗传学脑机接口面临的挑战,以及探讨在多模态脑活动监测和脑-机智能等方向的发展前景。

关键词：神经工程脑机接口光遗传学闭环反馈

LSNFS：高鉴别力和强鲁棒性的局部特征描述算法

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激光与光电子学进展 2024年第22期61卷 192-203页

作者：洪森达程浩杰许春晓陈振鑫王佳俊赵凌霄中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

为应对复杂场景中特征描述符鉴别力不足和鲁棒性较低的挑战，提出一种创新的局部细分邻域特征统计（LSNFS）描述符。LSNFS描述符的核心是一种名为曲面邻域偏差统计（SNDS）的高鉴别力方法。SNDS通过引入两种空间特征全面编码局部空间信... 详细信息

为应对复杂场景中特征描述符鉴别力不足和鲁棒性较低的挑战，提出一种创新的局部细分邻域特征统计（LSNFS）描述符。LSNFS描述符的核心是一种名为曲面邻域偏差统计（SNDS）的高鉴别力方法。SNDS通过引入两种空间特征全面编码局部空间信息。在细分空间中统计加权邻域偏差角，并结合特定的属性分区策略，显著增强描述符的鉴别能力。对生成的SNDS直方图进行线性插值和归一化处理，提高描述符对噪声和点云分辨率变化的鲁棒性。LSNFS描述符通过计算两个角度特征来编码局部几何信息，并将生成的角度特征直方图与SNDS直方图融合，实现局部信息的充分描述。在6个具有不同质量和干扰类型的数据集上进行了大量的实验验证，结果表明：LSNFS在所有数据集上的性能明显优于现有的多种先进方法，具有较高的描述性和较强的鲁棒性。此外，将LSNFS应用于三维物体配准和真实场景配准，结果表明，LSNFS不仅在三维物体配准中实现了最好的配准性能，而且还能够泛化到大规模真实场景数据中，具有良好的泛化性能。

关键词：机器视觉局部特征描述符点云配准特征描述特征直方图

2.79μm高速转镜调Q Er,Cr:YSGG纳秒窄脉冲激光器

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光学精密工程 2024年第8期32卷 1122-1129页

作者：朱永斌马圣洁程庭清王礼陈月明江海河安徽医科大学生物医学工程学院安徽合肥230032 中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所安徽合肥230031 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为... 详细信息

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为核心的高速转镜调Q控制系统,通过精确单片机解析串口屏指令控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过对转镜脉冲信号整合降频控制氙灯放电时刻,实现对延迟时间的精准控制,实现了灯泵Er,Cr:YSGG激光纳秒窄脉冲调Q输出。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。

关键词：转镜调Q 固体激光器 Er Cr:YSGG激光 Arduino 氙灯泵浦

一种适用于正电子断层图像去噪研究的简易图像模拟方法

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中国生物医学工程学报 2017年第1期36卷 119-123页

作者：赵杰唐鹤云陈志成李致贤任子晖中国矿业大学信电学院江苏徐州221000 徐州医学院影像学院江苏徐州221000 阳明大学生物医学影像与放射科学系台北11221

正电子断层成像作为一种先进的成像技术,广泛地应用于临床诊疗和医学研究。正电子断层成像设备昂贵,成像药物具有放射性,所以相关图像处理研究大多以电脑模拟生成的正电子断层图像作为研究对象。目前比较常见的正电子断层图像模拟方法... 详细信息

正电子断层成像作为一种先进的成像技术,广泛地应用于临床诊疗和医学研究。正电子断层成像设备昂贵,成像药物具有放射性,所以相关图像处理研究大多以电脑模拟生成的正电子断层图像作为研究对象。目前比较常见的正电子断层图像模拟方法主要是基于蒙地卡罗法,使用GATE或者Sim SET来得到模拟图像。这些模拟方法较为复杂,整个模拟过程也需要花费大量的时间。为此提出一种PET图像模拟方法,通过对比模拟图像与真实图像经小波去噪处理后的结果,进而论证模拟方法的有效性。该模拟方法基于Matlab平台,以实际物理模型的数码照片作为蓝本,通过拉登变换并加入强度为5的泊松噪声,最终得到模拟PET图像。在小波去噪的处理中,选择图像的SNR、CR、FWHM等指标进行对比。对比结果表明,经过小波去噪处理后的模拟图像与真实图像在SNR与FWHM两个指标中具有相同的变化趋势,在CR指标中,图像变化率误差小于10%。实验结果证明,该模拟方法是合理有效的。

关键词：正电子断层成像图像处理图像模拟图像去噪小波