摘要：非接触式心电传感技术在长期睡眠心电监测领域展现了优异的应用前景,其中阵列式非接触心电传感技术取得了较好的发展,然而,该技术所用电极多为刚性的印制电路板(PCB),舒适性较差。同时,人体压力分布对该技术所获心电信号质量的影响规律尚未可知。针对这些不足,本研究设计了一种基于柔性印刷电路(FPC)的阵列式非接触睡眠心电监测系统。通过系统验证,证明了该系统所获取心电信号一致性较高且平均信噪比>38 dB。随后通过人体试验分析了人体压力对心电信号质量的影响。结果表明,当心电检测输入端所受压力<9 mmHg时,获得低信噪比心电信号的概率P高于54.17%;反之,则P低于5.94%,证明人体压力是影响电容耦合心电信号质量的关键因素之一。

摘要：现有非接触式睡眠心电监测技术对于人体多体位的心电信号有效获取存在一定局限性。本研究设计了一种隔着衣服与床单能够获取人体多体位睡眠心电信号的监测系统。采用柔性导电织物作为电极材料,将心电采集电极制成拱门型状,利用电容耦合感应变化电场,把心电信号从人体耦合至织物电极。采用10 GΩ的高阻值电阻作为偏置电阻,结合高输入阻抗的仪表放大器对信号进行差分处理。使用数字滤波技术去除心电信号中的噪声,运用状态机逻辑算法自动提取心电信号的波形特征。通过人体试验对比分析了本系统与条状型非接触式电极以及接触式心电采集系统获取的心电信号质量。结果表明,该系统在非皮肤接触条件下可以获取良好的睡眠心电信号,R波检出率在95%以上。

摘要：目的光学相干断层扫描血管造影(optical coherence tomography angiography,OCTA)是一种非侵入式的新兴技术,越来越多地应用于视网膜血管成像。与传统眼底彩照相比,OCTA技术能够显示黄斑周围的微血管信息,在视网膜血管成像邻域具有显著优势。临床实践中,医生可以通过OCTA图像观察不同层的血管结构,并通过分析血管结构的变化来判断是否存在相关疾病。大量研究表明,血管结构的任何异常变化通常都意味着存在某种眼科疾病。因此,对OCTA图像中的视网膜血管结构进行自动分割提取,对众多眼部相关疾病量化分析和临床决策具有重大意义。然而,OCTA图像存在视网膜血管结构复杂、图像整体对比度低等问题,给自动分割带来极大挑战。为此,提出了一种新颖的融合隐向量对齐和Swin Transformer的视网膜血管结构的分割方法,能够实现血管结构的精准分割。方法以ResU-Net为主干网络,通过Swin Transformer编码器获取丰富的血管特征信息。此外,设计了一种基于隐向量的特征对齐损失函数,能够在隐空间层次对网络进行优化,提升分割性能。结果在3个OCTA图像数据集上的实验结果表明,本文方法的AUC(area under curce)分别为94.15%,94.87%和97.63%,ACC(accuracy)分别为91.57%,90.03%和91.06%,领先其他对比方法,并且整体分割性能达到最佳。结论本文提出的视网膜血管分割网络,在3个OCTA图像数据集上均取得了最佳的分割性能,优于对比方法。

摘要：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。

摘要：蛋白酶是生物系统生长发育、营养代谢等活动中必不可少的基础大分子催化物质,是生命医学领域一直以来关注的重点。研究表明,大多数疾病的发生伴随着蛋白酶的表达异常,某些特定蛋白酶成为一些疾病的生理标志物,因此开发蛋白酶响应诊疗探针可对相应的疾病诊断和治疗提供帮助。荧光成像具有实时、无创、空间分辨率高等特性,而纳米诊疗探针通过合理设计可实现蛋白酶响应荧光成像的同时整合其它治疗方式于同一纳米平台,达到成像和治疗一体化的良好效果。总结了靶向基质金属蛋白酶、组织蛋白酶、半胱天冬氨酸蛋白酶、胰蛋白酶和一些其它类型(如成纤维细胞激活蛋白等)蛋白酶的纳米荧光诊疗探针的成像设计原理及生物医学应用,希望促进新型低毒、高性能的蛋白酶响应型纳米荧光探针的开发,并早日实现临床转化。

摘要：目的探究健康志愿者使用康复机器人进行上肢画圆运动中实时视觉轨迹反馈对于志愿者运动学习能力的影响。方法 2018年7至9月,右利手健康志愿者24例按运动能力基准水平测试分为两组,一组包含视觉、成绩和实时轨迹三种反馈(V+KP+KR组),另一组仅包含视觉和成绩两种反馈(V+KR组),两组均进行各自不同条件下的顺时针画圆任务训练,每节20次,共5节,3 d后进行1节保持测试。通过设计的圆度偏移量(RS)和完成时间两个参数对两组运动过程进行评估。结果两因素重复测量方差分析显示,RS值组间和组内均存在交互作用(F=6.029, P 13.126, P 12.465, P <0.001)。对于完成时间,组间和组内不存在交互作用(F=1.606, P=0.228),组间主效应不显著(F=0.55, P=0.477),组内主效应显著(F=3.95, P=0.031)。结论实时轨迹反馈可以帮助志愿者在运动学习早期阶段快速掌握运动任务要领,从而帮助其提升新任务的快速学习能力,但在运动学习中后期对于运动学习能力的提升效果不显著。志愿者在运动学习中后期对于实时轨迹反馈的依赖性逐渐减少,进而更加依靠运动本体感觉来完成任务。

摘要：在过去50多年中,磁性纳米粒子(MNPs)由于其可协调的磁性、非侵入性、易操控性和良好的生物相容性等优点得到了广泛的关注。从具有复合结构或不同形状的MNPs的合成方法到与MNPs相关的大量表征技术,其应用领域也与我们的生活紧密相关。然而,MNPs的复杂磁行为受到多种参量的影响,包括粒径、成分、形状和结构等。基于此,通过调节MNPs的主要参量提高其磁功能效果对后续的材料设计和应用具有重大的参考意义。其中,二价过渡金属离子的掺杂是影响MNPs各种磁性能(如磁矩(μ)、饱和磁化强度(M_(s))、矫顽力(H_(c))、磁晶各向异性(K)和弛豫时间(τ_(N)和τ_(B))等)重要参量之一。因此,本文着重介绍了通过向磁性纳米材料中掺杂过渡金属离子来精确调控其磁性的相关机理研究,并介绍了掺杂过渡金属离子的MNPs在生物成像检测(磁共振成像和磁性粒子成像)、药物精准递送和肿瘤治疗以及生物传感方面的潜在机制和所取得的最新进展,最后总结了目前MNPs所面临的一些挑战以及未来发展的趋势。

摘要：围绕利用聚烯烃软段设计制备高性能聚氨酯(PU)的思路,分别采用聚丁二烯(HTPB)及氢化聚丁二烯(H-HTPB)为软段合成了PU,在120℃下进行加速热氧老化实验,详细研究材料的老化机理与性能。结果表明:含H-HTPB软段的PU在外观、表面平整度、力学性能等方面均表现出较强的抗老化性,在老化后综合力学性能较好,韧性较高,加速老化120h后断裂伸长率仍达252.5%±18.5%。为构建高性能抗老化型PU提供了重要的优选思路与方法。

摘要：目的核性白内障是主要致盲和导致视觉损害的眼科疾病,早期干预和白内障手术可以有效改善患者的视力和生活质量。眼前节光学相干断层成像图像(anterior segment optical coherence tomography,AS-OCT)能够非接触、客观和快速地获取白内障混浊信息。临床研究已经发现在AS-OCT图像中核性白内障严重程度与核性区域像素特征,如均值存在强相关性和高可重复性。但目前基于AS-OCT图像的自动核性白内障分类工作较少且分类结果还有较大提升空间。为此,本文提出一种新颖的多区域融合注意力网络(multi-region fusion attention network,MRA-Net)对AS-OCT图像中的核性白内障严重程度进行精准分类。方法在提出的多区域融合注意力模型中,本文设计了一个多区域融合注意力模块(multi-region fusion attention,MRA),对不同核性区域特征表示进行融合来增强分类结果;另外,本文验证了以人和眼为单位的AS-OCT图像数据集拆分方式对核性白内障分类结果的影响。结果在一个自建的AS-OCT图像数据集上结果表明,本文模型的总体分类准确率为87.78%,比对比方法至少提高了1%。在10种分类算法上的结果表明:以眼为单位的AS-OCT数据集优于以人为单位的AS-OCT数据集的分类结果,F1和Kappa评价指标分别最大提升了4.03%和8%。结论本文模型考虑了特征图不同区域特征分布的差异性,使核性白内障分类更加准确;不同数据集拆分方式的结果表明,考虑到同一个人两只眼的核性白内障严重程度相似,建议白内障的AS-OCT图像数据集拆分以人为单位。

摘要：目的通过分析康复机器人辅助训练过程中沿不同轨迹运动的上肢肌肉协同特性,探究运动轨迹对上肢肌肉骨骼特性的影响,为康复机器人训练轨迹优化设计提供基础实验数据与指导。方法首先在末端牵引式康复机器人系统中设计3种上肢运动训练轨迹(L1为直线,L2为弧线,L3为半圆),然后采集12名健康志愿者在沿3种训练轨迹上肢运动过程中的表面肌电信号,并使用非负矩阵分解算法进行肌肉协同特性的获取,对不同轨迹组间肌肉协同结构的相似系数、屈肌占比以及募集模式积分系数进行对比分析,探讨康复机器人不同训练轨迹对上肢肌肉骨骼特性的影响。结果同一训练轨迹中各志愿者的肌肉协同结构具有较高相似性(平均SI>0.81)。各轨迹组的肌肉协同结构中的屈肌占比随运动进程逐渐增加。各轨迹组的肌肉协同募集模式均具有时序特性,前期伸肌起主要作用,后期屈肌起主要作用,中期屈肌占比随轨迹曲率增加而增加。轨迹L1与L2、L2与L3协同结构非常相似(SI>0.90),而L1与L3协同结构较为相似(SI>0.75)。结论康复机器人辅助上肢的训练轨迹对上肢肌肉特性有一定影响,不同训练轨迹带来的肌肉协同结构较为相似,但是运动过程中屈肌群占比及协同贡献度会为了协调动作而发生变化。由此可推测不同训练轨迹对不同肌群的训练强度可能会有所不同。康复机器人训练轨迹设计需根据康复需求进行优化设计。