"磁共振指纹"技术一次扫描可同时获得定量的T1、T2等参数像,弥补了磁共振成像(MRI)扫描时间长,一次只能得到一种加权像的缺陷.但其经典算法需要对不同序列建立不同的字典,且字典大小直接影响量化结果.我们对基于扩展卡尔曼滤波的磁共振指纹参数量化算法进行优化,不需要建立字典,通过建立成像模型,采用卡尔曼滤波对磁共振指纹信号进行跟踪,反演得到量化参数.该方法减少了卡尔曼迭代次数,加快了参数估计的收敛速度,提升了参数量化图像的质量.

提出一种将扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和奇异值分解(SVD)算法相结合的单通道胎儿心电提取方法.首先,建立母体心电的动态模型,利用该模型通过扩展卡尔曼滤波或扩展卡尔曼平滑(EKS),从孕妇的单通道腹部信号中估计出母体心电成分,然后与单通道腹部信号相减得到胎儿心电信号的初步估计,随后再利用奇异值分解算法,对初步估计出的胎儿心电信号进行去噪处理,以期得到高信噪比的胎儿心电信号.另外,针对胎儿心律不齐的情况,在奇异值分解算法中提出一种改进的心电信号重构矩阵构造方法.对合成腹部信号和实际腹部信号(源于DaISy数据库和PhysioNet中的非侵入式胎儿心电数据库,共计49个腹部通道的数据),进行胎儿心电提取实验.结果 表明,使用EKF+SVD或EKS+SVD的算法比单独使用EKF或EKS的算法,提取出的胎儿心电信号的信噪比提高约5 dB,胎儿心电提取的准确性分别达95.60％和95.94％.结合EKF和SVD算法的单通道胎儿心电提取方法,可以有效地提高胎儿心电信号的信噪比和提取的准确性,并且适用于母体或胎儿心律不齐的情况.

肺动脉下心室旷置术(Fontan)在临床上能够有效改善功能性单心室患儿的生存质量,然而术后容易发生Fontan循环衰竭,导致临床施行Fontan存在明显局限,腔-肺辅助装置(CPAD)是目前解决其局限性的有效手段.因此,本文通过搭建单心室患儿Fontan循环衰竭和CPAD的计算机仿真和体外实验耦合模型,评估CPAD对于Fontan循环衰竭的效果,并设计了一种无传感器反馈控制算法,用于提供足够心输出量和预防CPAD恒定血泵转速导致的腔静脉抽吸现象.该无传感器反馈控制算法基于CPAD血泵转速这一固有参数,通过扩展卡尔曼滤波器准确估算腔肺压力差(CPPH),摒除了压力传感器无法长期使用的缺点,并采用增益调度比例积分(PI)控制器,使实际CPPH值逼近参考值.结果 表明,CPAD能够有效提高患儿的生理灌注并减少单心室负荷,并且无传感器反馈控制算法可以有效地保证心输出量并预防抽吸现象.本研究可为CPAD的设计和优化提供理论依据和技术支持,具有潜在的临床应用价值.

目的 设计基于移动智能终端的单通道胎儿心电监护系统,以实现扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filtering,EKF)和奇异值分解(singular value decomposition,SVD)相结合的单通道胎儿心电提取算法,实时获取高信噪比的胎儿心电信号,完成胎心监护的远程移动医疗.方法 利用STM32单片机控制24位采样芯片ADS1298,对单通道的孕妇腹部信号进行采集,并将采集后的数据经蓝牙传送给移动智能终端,在基于Android的移动智能终端上实现EKF和SVD相结合的单通道胎儿心电提取算法,完成对胎儿心电的实时提取、显示、存储与分析,计算心律变异率,实现对整个监护系统进行控制等功能.结果 测试结果表明,该系统可从单通道孕妇腹部信号中准确提取出胎儿心电信号,准确度为95.60％,阳性预测率为98.71％,系统工作稳定,连续处理5个胎心周期的数据用时约为70μs,小于一个母体心动周期(约0.8 s)的时间,适于临床对胎儿心电的实时监护.结论 该系统实时性强、准确率高、工作稳定、操作简单、便于携带,实现了对胎心监护的可穿戴式远程移动医疗,适合社区医院和家庭使用.