基于相干因子的高斯加权合成孔径聚焦技术的光声信号处理

光声成像是近年来快速发展的一种新型医学成像技术,具有分辨率高、对比度好、无电离辐射等优点,为多种组织以及细胞成像提供了一种有力的成像工具和检测手段。其中光声显微成像具有高分辨率,可达微米级。因为光声显微成像采用点对点扫描方式,使得光声显微成像图像质量依赖于光声信号质量。由于存在背景噪声等因素,光声信号质量受到严重影响,因此需要对检测到的光声信号进行去噪处理。本文在合成孔径聚焦技术基础上进行改进,提出了高斯加权合成孔径聚焦技术,并采用相干因子对合成后信号进行加权处理。实验得出相干因子的高斯加权合成孔径聚焦技术相较于传统合成孔径聚焦技术能够更好地减少背景噪声,提高信噪比从而提高重构图像质量。     

基于低高频耦合的经皮神经电刺激睡眠调制效果研究

睡眠问题已然成为全世界日益严重的社会问题。目前,普遍用于治疗睡眠问题的药物疗法通常伴随着潜在的成瘾性和其它副作用。因此,无创脑刺激技术由于其非侵入性、靶点可调节、无成瘾性等诸多优点受到了广泛关注。其中的经皮神经电刺激(transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS)技术已被证明有一定的神经调制效果,可用于缓解各类疼痛,提高睡眠质量。但是,TENS的睡眠调节机制和评估指标尚不明确。本研究通过高低频信号叠加,耦合出四种TENS模式对颈部区域神经进行刺激,探究其辅助睡眠的效果。在刺激前后采集被试的脑电(electroencephalogram,EEG)信号,并进行处理分析,采用时频域联合分析、重心频率(gravity frequency, GF)等指标综合评估TENS效果。研究结果表明,刺激前后的重心频率存在显著性差异(p <0.05)。每种模式刺激后,delta功率增加幅度均为最高。delta功率增强区域集中在额叶及枕叶。因此,四种模式对睡眠可能均有一定促进作用,而模式一与模式四两种模式的睡眠辅助效果最为显著。同时,本研究为确定TE...     

气动人工肌肉驱动的微重力环境背部骨肌训练设备研究

航天员在太空执行任务时会长时间暴露在微重力环境下,这会导致航天员的肌肉和骨骼迅速退化,引起肌肉萎缩骨质流失等,严重影响航天员的健康,而对抗训练可以减轻失重带来的这方面影响。目前已有的太空训练设备中没有针对航天员背部的对抗训练设备,因此本文设计了一款由气动人工肌肉驱动的针对航天员背部骨肌的对抗训练设备。本文详细阐述了气动人工肌肉的原理构造与特性,完成了设备的机械结构设计、设备的控制部分设计及其硬件实现。控制系统采用Arduino作为主控制器,高速开关阀作为执行元件对人工肌肉进行控制。实验结果验证了控制系统能够有效地控制气动人工肌肉驱动设备执行训练任务。     

激光间质热疗的功能近红外疗效评估

探讨了利用功能近红外光谱(FNIRS)实时在体监测激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)进行疗效评估的可行性。实验采用新鲜离体猪肝和肝癌小鼠皮下移植瘤模型,按不同激光功率和加热时间进行LITT毁损热疗,利用FNIRS监测系统同时监测热疗过程中约化散射系数μs′。结果表明,FNIRS监测系统获取的约化散射系数在LITT热疗过程中呈上升趋势,起始阶段上升较快,达到一定数值后趋于稳定。激光功率越大,μs′上升越快。组织成分不一样时,约化散射系数的变化趋势一致,曲线形态有所不同。因此,FNIRS可以用于LITT实时在体疗效评估,μs′可以作为一种新的LITT术中实时在体疗效评估因子,通过监测μs′的变化将有助于指导临床热疗。     

生物组织近红外光谱自动测试系统

为了实现对生物组织光学参数的实时在位的测量,提出了一种基于虚拟仪器技术的组织光学参数自动测试系统;该系统利用虚拟仪器建立步进电机控制系统和数据采集系统,系统硬件主要由运动控制卡(PCI-7344)、步进电机驱动器(MID-7604)及由特殊光纤探头组成的稳定态光纤光谱仪等组成;软件系统以LabVIEW为开发平台;利用此系统进行了实时在位大鼠脑部不同深度光谱测量实验,实验结果证明该系统准确、可靠.     

基于并行BP神经网络的近红外光断层图像重建方法基础研究

提出一种基于并行BP神经网络的近红外光断层成像(Near-infrared optical tomography,NIR OT)图像重建算法,利用BP神经网络来表征生物组织内部光学参数的空间分布和边界光强之间的非线性映射关系.该方法将一个复杂的模型分解成简单的模型分别建立并行的神经网络.利用Femlab软件完成基于有限元的稳态扩散方程的两个简单模型的正向问题求解,根据提出的平均优化散射系数和正向问题训练的大量数据集合,建立并训练并行神经网络,通过对两个网络结果的分析,实现快速获得更复杂模型的光学参数的重构.算法能够快速识别特异组织的位置和准确反映热疗过程中生物组织的优化散射系数的变化趋势.     

低频光诱发脑电θ波段近似熵特征研究

采用近似熵算法得到19名健康志愿者在5Hz频率的光(每秒光重复诱发5次)诱发前后的脑电(EEG)θ波段近似熵值(Apenθ),经T-检验(P<0.05)发现光诱发后Apenθ值显著下降,其中在顶部、前额、颞部和枕部位置有显著性变化,颞部和枕部变化最大,左右半脑平均Apenθ均减少,右脑区更为显著。结果表明Apenθ能够描述外部光诱发情况下的EEG波段特征,并定量给出外部光诱发程度。     

基于STM32的近红外脑局部血氧检测装置

根据近红外光检测脑血氧的基本原理研制了一种新型的检测人脑局部血氧浓度变化的装置,利用具有双波长的LED光源和位于特定位置的光电探测器实现对脑血氧浓度变化的检测.该装置的CPU采用了高性能、低成本、低功耗的STM32芯片,该芯片具有12位的高精度AD转换器,抗干扰能力强.在信号检测中,通过将4路分离的信号分时经过同一个运放电路中进行放大,减少了因不同放大电路带来的误差.最后,通过人体手臂血液阻断实验和ISS Oximeter仪器对比,证明了该检测装置的有效性.     

3D影片中背景视差过大对人体健康影响的脑电评估研究

通过采集志愿者观看背景视差过大的3D影片前后的脑电数据,来研究该效应对人体健康的影响。实验共选取20例有效样本,利用快速傅里叶变换法(FFT)提取特征波段,计算出各频带的能量和功率,并由此得到功率谱和重心频率。此外还设计问卷定性了解志愿者的疲劳程度。根据主观疲劳问卷和对比看前看后的脑电参数,分析了观看背景视差过大的3D影片后人体脑电信号变化的关系。实验结果表明志愿者看前看后的各项脑电参数出现了改变,并全部主观反映出现疲劳。因此脑电参数结合主观问卷可成为3D影片疲劳评估的参考指标。     

基于光线投影的医学影像体绘制加速技术

针对标准光线投射算法计算量大、速度慢的特点,本文提出一种满足医学图像实时需要的体绘制加速新算法.利用图元在矩阵变换前后呈均匀变化的特性,递推得到除6个顶点外的其余重采样点的物体空间坐标,大大减少矩阵运算量;同时利用包围盒技术避免对空体元的采样,通过将Bresenham算法扩展至三维使投射光线的体元化与重采样参数的计算一次完成,极大地加速光线投影的效率.大量的对比实验均表明,本文算法和传统标准算法具有相同图像质量,体绘制的速度提高了2～3倍.