新型电磁搏动式血泵的实验研究

目的探究一种新型电磁搏动式血泵的动力输出性能及血液相容性。方法首先通过建立理论模型对该血泵驱动力进行分析,并基于该模型计算出满足条件的实验驱动电压。设计体外模拟循环实验,对新型血泵的输出流量和输出压力特性及血泵的体外溶血性能进行初步实验研究。结果实验测得当血泵后负荷为73.5 mmHg(9.78 kPa, 1 mmHg=0.133 kPa)、驱动电压达到35 V、搏动频率为75/min时,实际输出的流量为3.18 L/min,可以提供高压132 mmHg(17.56 kPa)、低压66 mmHg(8.78 kPa)、平均压力98 mmHg(13.03 kPa),体外实验标准溶血指数(normalized index of haematolysis, NIH)为(0.049 15±0.003 75) mg/dL。结论该新型搏动式血泵能够满足离体器官灌注和体外循环短期辅助的临床要求,对体外循环血泵的发展具有重要意义。     

基于电磁驱动的体外膜肺氧合搏动式泵血系统

根据电磁学原理建立梯度线圈-永磁体模型,本研究设计了一款新型电磁驱动搏动式血泵,主要包括驱动装置、泵头装置、冷却系统以及体外循环管路等。搏动式血泵运动速率接近正常人体心率,模仿心脏的节律跳动,产生搏动式血流,实现了搏动式泵血。通过搭建实验平台,采集基于电磁驱动的体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)搏动式泵血系统的流量、压力和动脉压力波形等参数。结果表明,基于电磁驱动的ECMO搏动式泵血系统的相关性能基本满足ECMO辅助循环需求,达到了动脉压力波形拟合和搏动灌注的目的,对于体外循环的发展具有重要意义。     

短期辅助用直流电磁驱动搏动式血泵设计与测试

设计一种直流电磁驱动搏动式血泵并测试样机性能指标。首先,提出一种通过直流螺线管使永磁体进行往复直线运动的驱动方法,并通过螺线管内部磁场的数值模拟设计内部磁场趋于匀强磁场的补偿螺线管结构,结合两者设计直流电磁驱动搏动式血泵。然后,通过制作样机并搭建加速度实验台,测量接入不同直流电流时血泵样机可提供的磁力驱动力,并验证通电螺线管发热问题。最后,搭建流量实验台,在前、后负荷范围分别为5~30和50~80 mmHg的情况下,测量血泵样机的流量性能指标。血泵样机提供的磁力驱动力与电流呈正相关线性关系,并且在接入2.7 A的电流时,其数值大小即可满足驱动要求;在接入的直流电流为2.7 A且血泵驱动频率为80 次·min^-1时,一方面通电螺线管与血液接触的内表面温度上升1 ℃后平稳在27 ℃,另一方面除了前、后负荷压差达到70 mmHg及以上,血泵样机流量均大于3.0 L·min^-1。该直流电磁驱动血泵满足离体器官灌注和体外循环短期辅助的临床要求,且对体外循环血泵的发展具有重要意义。     

搏动式血泵的电磁驱动装置设计及可行性研究

为了实现搏动式血泵的驱动,设计了一种新型电磁驱动装置。基于模拟体外循环实验对装置进行相关的可行性实验研究。研究结果表明:驱动线圈结构设计过程科学合理,且驱动力规律满足血泵驱动要求;平均灌注压与驱动电流的线性拟合方程为y=33. 074x+6. 6563,R^2=0. 9784,表明该驱动装置能够按照设定的压力值输出搏动流以满足实际应用需求。装置的驱动效率为21. 83%。研究表明我们所设计的新型驱动装置能够作为搏动式血泵驱动。     

一种植入式磁悬浮离心血泵的体外流体力学实验研究

通过体外模拟循环实验台对一种植入式磁悬浮离心血泵进行体外流体力学实验。以新鲜羊血为循环介质,通过体外循环台测定在后负荷为100 mmHg,血泵在不同转速下的输出量;通过控制血泵的转速,测定在固定泵速下不同后负荷下的输出量。血泵测试工作电压为24 V,电流波动于0.3～0.75 A。血泵功率为7.2～18 W。在后负荷为100 mmHg下,泵速在2 900～3 900 rpm,输出流量为3～7.1 L/min。泵速为2500～3 500 rpm,血泵在后负荷69～163 mmHg下输出流量为1.02～5.87 L/min。在固定的转速下血泵的压力-流量呈负相关关系。体外实验血泵工作性能稳定,可以满足成人心室辅助的需求。血泵功率偏高仍需要进一步改进。     

电磁搏动式血泵的温度场仿真分析

电磁搏动式血泵是基于电磁感应原理制作而成的，长时间通电工作会引起血泵升温。如果血泵温度过高会使血泵损坏，甚至可能使泵内循环血液温度过高，对血液成分造成破坏甚至威胁生命，因此研究电磁搏动式血泵温度，对其进行温度场分析是必要的。通过使用有限元分析软件对血泵进行温度场分析，可以直观观察血泵工作温度。仿真结果表明，在设定电磁搏动式血泵工作1 h情况下，血泵温度最高处在驱动绕组处，最高温度为100.3℃，泵内与37.0℃循环血液接触面的温度变化不大,最高温度为37.5℃，因此电磁搏动式血泵不会对血液成分造成破坏，但是需要对驱动绕组进行降温处理以免破坏血泵,对循环血液造成影响。     

磁耦合驱动搏动式血泵的可行性研究

目的提出一种磁耦合驱动搏动式血泵结构并验证其可行性。方法基于磁场传递往复作用力模型以及推拉互挽式结构设计磁耦合驱动搏动血泵,通过建立磁力驱动模型,计算耦合力大小,制作样机并对样机进行体外循环模拟试验,获得压力和流量实验数据。结果采用生理盐水作为循环介质,固定后负荷,增加前负荷,血泵输出量减少,没有明显线性趋势;固定前负荷,增加后负荷,血泵输出量减少,且具有一定线性趋势。设置驱动频率为75次/min时,调节前、后负荷改变范围分别为0.665~3.990 k Pa(5~30 mm Hg)和5.320~11.970 k Pa(5~30 mm Hg),可使输出量在保证线性关系条件下达到2.0~3.1 L/min。结论该搏动式血泵流体力学特性基本满足体外膜肺循环的需要,仍需进一步研究和改进;研究结果具有重要的应用前景,尤其对替代目前临床体外膜肺氧合设备的血泵装置具有重要意义。     

Ⅱ型叶片轴流血泵的研制及体外流量实验

在自制Ⅰ型离心血泵和借鉴国外同类血泵的基础上 ,我们通过改变泵的整体结构、叶片角度、材料、密封方式和加工手段等 ,又自行设计和加工另一微型轴流血泵 -Ⅱ型血泵 ,它由泵体、直流无刷电机、叶轮、一对磁片、导流槽和支撑架等部件构成 ,总长度 12 5mm ,容积 147ml,材料是TC4钛合金 ,总重量 380g。我们根据不同的压力、流量输出要求 ,设计、加工出五、四、三叶片的叶轮。在模拟试验台 ,我们分别测试此泵的动力学输出、产热和密封性能。结果显示 :(1)五叶片泵在 80 0 0rpm时输出为 6 .8L/min、12 0mmHg ;根据各叶片泵的输出曲线得出 :五、四、三叶片泵的压力和流量均随着转速的升高而升高。 (2 )当前负荷为 0mmHg时 ,五、四、三叶片血泵转速80 0 0rpm流量为 5 .0L/min时 ,所对应的最大的压力约为 170mmHg、16 0mmHg和 130mmHg ,可见在同流量输出情况下 ,随着叶片数的减少压力随之降低。 (3)五、四、三叶片泵的流量、压力输出受前负荷影响较小。 (4 )血泵的效率随着转速的升高而升高。 (5 )在 12 0h的连续运转过程中 ,血泵的表面温度变化较小 ;密封性能也较好。     

基于计算流体动力学的新型电磁驱动搏动式灌注血泵泵头优化分析

目的应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对电磁驱动搏动式灌注血泵流场进行仿真分析,通过改进泵头结构改善血液在血泵的流动状态,提升其抗溶血性能。方法应用Fluent 17. 0分析泵头结构变化对泵内流场的影响,通过血液流入和流出的4次仿真实验,分析内部液体的流线分布、中轴面上的湍流动能分布、血液流经泵头的压力损失和模型表面受到的切应力。结果在4次实验中,泵头入口与出口管路对称且与对称轴的夹角α=30°时,液体流线无明显紊乱,湍流程度较低;实验1中压力损失最小,为376. 8 Pa;实验1、2中的最大切应力分别为258. 6、302. 8 Pa,符合压力损失和溶血程度等血泵生物力学性能要求。选择α=30°模型为该电磁驱动搏动式灌注血泵的泵头结构,并通过3D打印技术进行制作。结论经过对泵头的优化分析,血泵溶血性能得到改善。研究结果可以运用到新型电磁驱动搏动式灌注血泵的设计与实验中。     

基于心率的主动脉血泵流量控制

背景：随着人工心脏研究和应用的不断发展,在装置的性能上,人们希望它能符合自然心脏的生理机制,满足受者的生理需求。 目的：针对主动脉血泵的控制,提出了基于心率的血泵流量控制算法。 方法：通过分析心率与流量之间的关系,建立了心率与流量的关系模型,并根据人体心率流量关系验证血泵流量模型的准确性。运用PID控制算法对血泵流量进行控制。 结果与结论：仿真结果表明血泵可以实现快速稳定的输出。当心率为75次/min时,流量能达到5.01 L/min;在50~120次/min心率范围内,流量会随着心率的提高而增大;当心率大小于50次/min或于120次/min时,血泵工作在恒流量状态下。通过PID控制,可使流量在0.1 s内跟踪上参考流量。基于心率的血泵流量模型能反映人体血流量需求,通过控制血泵可实现满足人体需求的流量输出。     

基于SEER数据库利用机器学习方法分析乳腺癌的预后因素

目的以SEER数据库中1990—2014年间的乳腺癌数据为研究对象,利用机器学习方法,分析乳腺癌的预后因素,辅助医师对患者的预后进行有效评判。方法根据临床医师的建议,筛选了12个字段作为模型输入字段,以术后5年生存状况作为模型输出字段。首先利用单因素统计分析方法初步筛选预后因素,再分别利用logistic回归和决策树两种机器学习分类算法进行建模分析,藉此寻找影响乳腺癌5年预后的因素。采用十折交叉法组织样本数据,并利用过抽样和欠抽样技术进行样本的平衡处理;以灵敏度、特异度及ROC下的AUC等参数作为模型的评价指标。结果在12个模型输入字段中,肿瘤分期、肿瘤分级、肿瘤尺寸、雌激素水平、年龄分组、孕激素水平等因素对于乳腺肿瘤预后具有较大影响;在此两种模型下,模型测试集上的灵敏度和特异度均介于74.2%~78.2%之间,AUC均处于0.838~0.850之间。结论利用Logistic回归和决策树算法构建乳腺癌患者的优化预后模型,可辅助医师判断患者预后情况及治疗效果。     

叶轮式连续型血泵血栓评价方法及关键因素分析

血栓的产生会影响血泵运转,同时也可能给患者带来栓塞或卒中等不良并发症。新一代叶轮式连续型血泵体积小、各部件之间间隙小,这些特点使其更易形成血栓,从而导致设备故障。因此血栓评价对考察叶轮式连续型血泵的安全性和有效性具有重要意义。本文从血泵运转中血栓形成的过程及血栓的种类入手,首先对比了研发过程中血栓评价的3种方法,即数值模拟、体外试验、体内试验,分析发现体内试验评价血栓更具有说服力。然后从血泵设计、材料选择及加工、抗凝三大主要因素分析对血栓形成的影响。血泵设计决定血液流场分布,材料选择及加工影响其抗凝血程度,抗凝不足或过度也将产生不良影响。最后对叶轮式连续型血泵血栓评价方法进行了总结和展望。     

扩张-伸缩式机器人在肠道中的力学特性研究

目的肠道机器人内镜是新一代肠道疾病诊疗设备,为了提高这类设备在肠道内自主运动的效率,本文研究了机器人运动机构与肠道之间的相互作用力对设备自主运动的影响。方法针对扩张-伸缩式机器人的运动原理提出了两个模型,分别是扩张机构与肠道之间的力学模型、机器人机身与肠道之间的力学模型,并在猪体外肠道环境下开展了实验验证。结果机器人机身与肠道之间的阻力在0. 1～0. 4 N之间;扩张机构与肠道之间的阻力在0. 1～1. 8 N之间,且与扩张直径成正比。扩张机构的扩张直径大于肠道直径超过10 mm后,扩张机构受到的肠道阻力将明显大于0. 1～0. 4 N,有利于有效驻留的产生。结论这种利用腿式结构在肠道内产生力学差使机器人实现在肠道内自主运动的方式,以及腿式结构与肠道之间的力学可以为能对胃肠道机器人的设计提供参考。     

基于多粒度级联森林的骨质疏松性骨折预测研究

目的骨质疏松性骨折(osteoporotic fracture,OF)的预测对于骨折防范具有重要的临床指导意义。针对传统logistic回归预测模型存在的精度不高和未考虑遗传因子问题,本文引入多粒度级联森林(multi-grained cascade forest,gcForest)并结合遗传因子来预测OF。方法首先基于 t 分布邻域嵌入( t -distributed stochastic neighbor embedding, t -SNE)算法对OF关联基因位点进行非线性降维,降维后的基因位点与临床因素构成特征组。然后构建gcForest模型对OF进行预测。最后通过10次十折分层交叉验证与logistic、梯度提升决策树、随机森林进行对比。结果基于gcForest的模型分类精度为0.892 7,AUC值为0.92±0.05,泛化性能最优。结论在考虑遗传因素的条件下,gcForest分类效果优于其他模型,验证了本文方法的高效性和实用性。     

妊娠期血清脂肪因子与生化指标联合监测对妊娠期糖尿病的临床意义

目的分析妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)患者血清脂肪因子及一般生化指标水平的异常变化,研究其联合监测对GDM的临床意义。方法纳入该院GDM孕妇50例,正常孕妇50例,正常健康对照组50例,对孕妇组进行孕中期和孕晚期空腹血糖、空腹胰岛素(insulin,ins)、血清胆固醇(cholesterol,CHOL)、三酰甘油(triglyceride,TG)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)、甘丙肽(galanin,GAL)、脂联素(adiponectin,APN)的水平监测,同时监测正常对照组相关指标。结果孕中期,正常对照组GAL水平低于正常孕妇组,GDM组的空腹血糖、HOMA-IR、TG和GAL水平显著高于正常对照组。孕晚期,正常对照组血清HDL、LDL、GAL水平显著低于正常孕妇组,APN水平高于正常孕妇组,GDM组空腹INS、HOMA-IR、HDL和GAL水平显著高于正常对照组,APN水平明显低于正常对照组。孕中期GDM组空腹血糖、HOMA-IR、TG和GAL水平显著高于正常孕妇组,孕晚期空腹血糖和GAL水平差异具有统计学意义。孕中期GAL与空腹血糖、空腹ins、HOMA-IR、TG呈正相关,孕中期APN与空腹血糖、空腹ins、HOMA-IR、TG和LDL呈负相关。孕晚期GAL与空腹血糖、空腹ins、HOMA-IR、TG、LDL呈正相关,孕晚期APN与空腹血糖、空腹ins、HOMA-IR和LDL呈负相关。结论 GDM与血清脂肪因子水平呈密切相关,血清脂肪因子联合一般生化指标监测对GDM的发生和发展的预测和评估具有重要意义。     

凝血因子Ⅶ、CRP水平对老年人心肌梗死发生风险的影响研究

目的对凝血因子Ⅶ、C反应蛋白(C-reaction protein,CRP)水平对老年人心肌梗死发生风险的影响进行研究,以期为老年人心肌梗死患者的病情监测及个性化防治方案的制定提供参考依据。方法采用定群抽样的方法选取2015年3月至2017年8月某三甲医院心血管内科收治的老年(>60周岁)心肌梗死患者,同时选取等额数量基线资料具有可比性的非心肌梗死人群作为对照;采用ELISA法定量测定其凝血因子Ⅶ、CRP水平,于不同光波长下进行检测,用吸光度值(A)反映待测样品的浓度;并针对不同群体的资料进行统计分析。结果本研究共获得符合要求的观察对象125例,其中病例组60例,对照组65例;病例组和对照组受试者的凝血因子Ⅶ、CRP水平差异均有统计学意义,同时病例组中不同年龄组患者的凝血因子Ⅶ、CRP水平及其受体水平差异均有统计学意义(均有P <0.05);老年心肌梗死患者的凝血因子Ⅶ、CRP水平呈正相关(r=0.623,P<0.05)。结论高水平的凝血因子Ⅶ与CRP是老年心肌梗死发生的危险因素,年龄越大的心肌梗死患者凝血因子Ⅶ与CRP水平越高,同时凝血因子Ⅶ与CRP的水平具有正相关性。     

基于Tesseract的医学化验单内容识别技术

目的由于化验单内容可以真实地记录患者健康状态,因此将纸质的化验单转为医疗电子档案进行存储在进行保险理赔、转院、远程会诊、建立健康档案时都具有重要作用。但目前在临床上尚缺乏能识别化验单内容,把化验单直接转成医疗电子档案的工具,为此本文设计了一套完整的自动化医学化验单内容的光学字符识别(optical character recognition,OCR)方法。方法首先对化验单图像进行预处理,利用大津法对化验单图像进行二值化、用霍夫变换对图像进行抗扭斜和特征提取,然后使用Tesseract的集束搜索算法和 K 邻近算法对化验单内容进行识别,对字库进行训练,利用医学词典文件与模糊字文件来对识别内容进行纠错,并以此建立医学化验单OCR引擎。最后利用从上海某社区医院收集的302条化验单数据对OCR引擎的准确率进行了评估。结果经评估验证,本文方法的识别准确率为92.72%,可基本满足临床需求。结论基于Tesseract建立的医学化验单OCR引擎可以免去手动输入化验单数据的麻烦,医生仅需拍照上传化验单照片,即可将化验单中的内容转成结构化医疗电子档案,极大提高了医生的工作效率,有助于数据的进一步利用。     

基于伺服电机的上肢康复机器人力矩 交互控制系统

目的为了实现上肢康复机器人主动训练中力矩控制的精确性,设计一种基于伺服电机的上肢康复机器人力矩交互控制系统。方法首先利用三自由度中央驱动式上肢康复机器人实验平台建立由运动意图采集模块和伺服力矩控制模块组成的力矩交互系统;再通过建立上肢动力学模型提出上肢助力训练算法;最后通过力矩响应实验、运动意图检测实验。结果依据在一定电流输入范围内,输出力矩能够保持稳定,验证了基于直流伺服电机实现助力训练方法的可行性。采用伺服力矩控制模块在目标力矩设定后,输出力矩在1 ms时间内能够达到设定的目标值并能够保持稳定,目标力矩响应的实时性良好,由此可以得出力矩交互控制方法达到了人机力矩交互稳定的结果。结论采用上肢康复机器人力矩交互控制方法可以在主动训练中实现较为精确的力矩控制。     

富含半胱氨酸蛋白61在结直肠癌中的应用

目的通过测定结直肠癌(colorectal cancer,CRC)患者血清富含半胱氨酸蛋白61(cysteine-rich Protein 61,Cyr61)水平,分析其用于结直肠癌诊断和病理评估的价值。方法用ELISA方法检测血清Cyr61浓度,再用ROC曲线计算最佳灵敏度和特异性,比较Cyr61在诊断结直肠癌的效果;分析Cyr61水平与结直肠癌TNM分期及淋巴结转移的关系,探究血清Cyr61水平与结直肠癌临床病理分期的关系。结果 CRC患者的血清Cyr61水平明显高于健康对照组(P<0.05),血清Cyr61、CEA和CA19-9检测对诊断结直肠癌的灵敏度分别为70.2%、48.2%和48.9%,Ⅲ-Ⅳ期血清Cyr61表达高于Ⅰ-Ⅱ期,有淋巴结转移的血清Cyr61表达高于无淋巴结转移。结论血清Cyr61水平可作为CRC诊断的潜在标志物,且与肿瘤分期和淋巴结转移有关,血清Cyr61水平对结直肠癌的监测有重要意义。     

肝脏间叶性错构瘤的病理与CT表现

目的:研究宫颈癌术后放疗患者不同骨盆勾画及限量方式对调强放射治疗（IMRT）计划剂量的影响。方法:选取11例宫颈癌术后患者,对患者CT图像勾画靶区和小肠、直肠、膀胱、股骨头、髋骨、腰骶骨、骨盆等危及器官。针对每例患者分别设计3个计划,包括限制骨盆的IMRT（BM）计划、限制髋骨的IMRT（OC）计划以及限制髋骨和腰骶骨的IMRT（OC+LS）计划,并评估3组计划的靶区和危及器官的剂量分布。结果:3组计划的计划靶区覆盖率均能满足临床要求,且小肠、直肠、膀胱、股骨头等危及器官的剂量学参数相当,差异无统计学意义（P>0.05）。对于骨盆剂量,对髋骨和腰骶骨进行限量的IMRT（OC+LS）计划的骨盆Dmean、V10、V20、V30、V40和腰骶骨Dmean、V20、V30、V40均显著低于其他两个计划（P<0.05）。与IMRT（BM）计划相比,IMRT（OC+LS）计划可使骨盆V20和V30降低约10.1%和8.0%。与IMRT（OC）计划相比,IMRT（OC+LS）计划可使腰骶骨的V20和V30降低约17.6%和27.9%。IMRT（OC）计划髋骨的剂量略低于IMRT（OC+LS）计划,但二者剂量体积参数差异均在1%以内。结论:宫颈癌术后放疗行保护骨盆的IMRT计划时,若将髋骨和腰骶骨限量,则可以在在满足靶区临床要求以及常规危及器官保护的基础上,有效降低骨盆受量,更好地保护骨髓。