本文關(guān)鍵詞：基于植入電極生物電子鼻的氣味響應(yīng)分析與識別的研究

  更多相關(guān)文章： 植入電極 生物電子鼻 氣味檢測 嗅球 混合氣味 最大似然估計

【摘要】：氣味檢測廣泛用于疾病診斷,環(huán)境監(jiān)測,安全控制,食品檢測等方面,隨著生物工程和電子技術(shù)的發(fā)展,人們提出了生物電子鼻,以生物氣味敏感材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)傳感器,取出的細胞或組織等生物材料破壞了細胞或組織的生物活性,因此本文構(gòu)建了基于植入電極的生物電子鼻,旨在以動物完整的嗅覺系統(tǒng)作為氣味敏感部分,將微電極陣列植入動物嗅球內(nèi),在體提取氣味感知信息,通過計算機分析處理得到動物聞到的氣味信息,實現(xiàn)氣味檢測功能�；谥踩腚姌O生物電子鼻的氣味測試結(jié)果表明系統(tǒng)對辛醇,戊醛,和丁酸特異性響應(yīng),響應(yīng)的重復(fù)性好,與氣味濃度線性度高,靈敏度較高,分辨率小,測試表明系統(tǒng)壽命達3個月,對3種氣味的識別準(zhǔn)確率約60%,另外,為分析基于植入電極生物電子鼻對自然氣味的檢測性能,進行混合氣味測試,結(jié)果表明系統(tǒng)對混合氣味存在兩種特定的響應(yīng)方式：主導(dǎo)型和疊加型。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下：1、改進了基于植入電極生物電子鼻的構(gòu)建方案將離體定位技術(shù)與嗅球響應(yīng)圖譜有機結(jié)合,微電極陣列植入嗅球前側(cè)中間區(qū)域,每只大鼠保持一致,保證大鼠傳感系統(tǒng)的一致性,電極植入?yún)^(qū)域內(nèi)神經(jīng)元普遍對辛醇,戊醛,丁酸有顯著響應(yīng),實驗驗證了該方案提高了系統(tǒng)對辛醇,戊醛,丁酸氣味的特異性響應(yīng)和氣味檢測的成功率。2、設(shè)計了基于植入電極生物電子鼻的氣味信息解碼方法-本文對比了3種氣味響應(yīng)特征：神經(jīng)元發(fā)放頻率,神經(jīng)信號非線性能量,spike相位分布,分析表明神經(jīng)元發(fā)放頻率能夠準(zhǔn)確反映神經(jīng)元響應(yīng)強度,且計算過程簡便,作為本文氣味響應(yīng)分析的特征值,考慮到生物測量的隨機性誤差,對測試結(jié)果進行高斯擬合,基于動物嗅覺組合式編碼方式,本文分析由多個神經(jīng)元測試分布曲線組合成的氣味響應(yīng)模式,然后利用最大似然估計法預(yù)測待測氣味,該方法計算過程簡便,識別準(zhǔn)確率較高。3、對基于植入電極生物電子鼻的氣味檢測性能進行了深入分析對基于植入電極生物電子鼻進行氣味檢測性能測試,包括特異性,重復(fù)性,穩(wěn)定性,濃度依賴性,靈敏度和識別效果,結(jié)果表明,系統(tǒng)可重復(fù)地特異性識別辛醇,戊醛,丁酸,識別準(zhǔn)確率為63.37%,濃度梯度測試結(jié)果表明系統(tǒng)氣味檢測的靈敏度為5.84 Hz/lg[mol/L],分辨率為0.12 lg[mol/L],且對氣味濃度的響應(yīng)與氣味濃度間線性度超過0.8。4、探索了基于植入電極生物電子鼻的混合氣味響應(yīng)特性大部分自然氣味為混合氣味,探索系統(tǒng)對混合氣味的響應(yīng)有利于將基于植入電極生物電子鼻用于自然氣味的檢測。將辛醇,戊醛,丁酸中兩種單質(zhì)的混合氣味測試系統(tǒng),測試表明同一個神經(jīng)元對不同的混合氣味響應(yīng)不同,分為主導(dǎo)型和疊加型,主導(dǎo)型響應(yīng)模式表現(xiàn)為混合氣味以其中一種氣味響應(yīng)為主,疊加型響應(yīng)模式表現(xiàn)為混合氣味等于兩種氣味響應(yīng)的疊加。
【關(guān)鍵詞】：植入電極 生物電子鼻 氣味檢測 嗅球 混合氣味 最大似然估計
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;R443
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 課題背景11-21
• 1.1.1 氣味檢測背景及意義11-12
• 1.1.2 生物電子鼻發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.1.3 嗅覺機理研究進展14-16
• 1.1.4 神經(jīng)微電極發(fā)展現(xiàn)狀16-21
• 1.2 研究內(nèi)容21-23
• 第二章 基于植入電極生物電子鼻原理與技術(shù)23-33
• 2.1 動物嗅覺的生物基礎(chǔ)23-27
• 2.1.1 嗅上皮的信號產(chǎn)生機制23-24
• 2.1.2 嗅球的信號傳導(dǎo)原理24-25
• 2.1.3 嗅皮層的感知形成原理25-27
• 2.2 動物嗅覺的編碼原理27-29
• 2.2.1 哺乳動物氣味編碼方式27-28
• 2.2.2 嗅球的氣味響應(yīng)圖譜28-29
• 2.3 電生理原理與技術(shù)29-32
• 2.3.1 動作電位形成機制29-30
• 2.3.2 嗅覺電位記錄方式30-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于植入電極生物電子鼻構(gòu)建33-43
• 3.1 系統(tǒng)的硬件組成33-36
• 3.1.1 多通道微絲電極陣列33-35
• 3.1.2 神經(jīng)信號采集裝置35-36
• 3.2 系統(tǒng)的動物對象36-39
• 3.2.1 大鼠在體植入電極36-37
• 3.2.2 大鼠離體定位電極37-39
• 3.3 系統(tǒng)的氣味檢測對象39-42
• 3.3.1 待測氣味的圖譜定位39-41
• 3.3.2 系統(tǒng)的氣味測試流程41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 在體嗅覺信號處理與分析43-53
• 4.1 神經(jīng)信號預(yù)處理43-44
• 4.2 氣味響應(yīng)的特征提取44-48
• 4.2.1 神經(jīng)元發(fā)放頻率44-45
• 4.2.2 神經(jīng)信號非線性能量45-46
• 4.2.3 Spike相位分析46-48
• 4.3 神經(jīng)元分類識別算法48-51
• 4.4 基于最大似然估計的氣味識別51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 氣味檢測結(jié)果與討論53-71
• 5.1 生物電子鼻檢測分析的氣體53-56
• 5.1.1 氣味響應(yīng)模式分析53-54
• 5.1.2 特異性檢測氣味結(jié)果54-56
• 5.2 單質(zhì)氣體檢測結(jié)果分析56-63
• 5.2.1 氣味測試的重復(fù)性56-58
• 5.2.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性測試58-60
• 5.2.3 氣味濃度梯度響應(yīng)60-62
• 5.2.4 檢測的靈敏度分析62-63
• 5.3 氣味識別準(zhǔn)確性63-66
• 5.4 混合氣味響應(yīng)分析66-70
• 5.4.1 混合氣味響應(yīng)研究進展66-67
• 5.4.2 混合氣味的時間響應(yīng)模式67-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-74
• 6.1 本文內(nèi)容總結(jié)71-72
• 6.2 課題研究展望72-74
• 參考文獻74-82
• 作者簡歷82-83
• 致謝83

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