一种干粉定量给药装置的结构设计与性能分析

我们设计了一种体积较小、便于随身携带,操作简单及生产成本低的新型干粉定量给药装置——干粉定量吸入装置。本研究分析了干粉吸入装置的结构与工作原理,并对装置的零部件进行了设计计算与分析。通过释药稳定性实验研究,同时模拟人的吸入药物过程。测出每次实验吸出的药物质量,实验结果数据在期望值上下10%范围内波动,验证了结构的合理性,对新型干粉定量吸入装置的临床应用奠定了基础。     

基于动脉系统旋动流原理的一种血管内支架旋流导引装置的优化

血管内支架是目前治疗心血管疾病的主要方法之一。但是支架植入后的血管再狭窄问题至今未获完全解决。研究表明,支架植入后导致的局部血流紊乱和流场异常是造成再狭窄的主要原因之一。基于动脉系统的旋动流原理,设计了一种能够引导血流产生旋动的血管内支架旋流导引装置,并用计算流体力学的方法,对其进行了优化设计。流场数值研究表明,优化设计得到的旋流导引装置可产生足够强度的旋动流。我们相信,该装置产生的旋动流可有效抑制支架结构对血流的扰动,从而达到减缓血管再狭窄的目的。     

一站式宫颈扩张和宫腔内通液装置的设计

设计一种一站式宫颈扩张和宫腔内通液装置,适用于人工流产/刮宫及宫腔镜的扩宫准备,输卵管及宫腔通液造影。该装置可以一次性将宫颈扩张至需要宽度,同时亦可以通水通液,测量宫腔宫颈压力。该装置最大限度地整合了现有的临床器械和方法的优点,具有实用价值。     

基于溶血性能的离心式旋转血泵设计

溶血性能是衡量血泵性能的一个重要指标.基于平均剪切应力模型,通过减少红细胞流经叶轮的时间和降低它在此过程中所受平均剪切应力的方法,对离心血泵进行设计,进而改善溶血性能.采用商用流体仿真软件Fluent,对血泵内的三维不可压湍流流场进行数值模拟,得到红细胞在血泵内的流动迹线和流动参数;应用溶血估算公式,分析不同流量下血泵的溶血性能,计算得到溶血估算值在0.006-0.015之间,有较好的溶血性能,满足血泵对溶血性能的要求.     

基于局部相关性的磁共振相位对比成像和计算流体力学的对比方法

目的磁共振相位对比成像方法(phase contrast magnetic resonance imaging,PC MRI)和计算流体力学方法(computational fluid dynamics,CFD)作为研究血管内流场的两种重要方法,它们之间的对比具有重要的意义。前人的研究多聚焦于两种方法所得的速度矢量大小的相对比较,而缺乏对二者结果中速度矢量的分布规律的比较。本文提出了一种基于局部相关性的对比方法,以实现定量比较PC MRI和CFD方法结果中速度矢量大小的分布规律。方法通过PC MRI扫描9名健康志愿者左右颈内动脉血管,并进行个性化的CFD计算,分别用这两种方法得到的速度数据重建颈内动脉虹吸弯处的血流速度矢量场。引入速度大小的局部相关性参数,计算出两种方法结果的相对误差和局部相关性来比较两种方法速度矢量大小和速度分布规律,以实现定量比较。结果相对误差在靠近血管壁和虹吸弯部较大,在靠近血管中心处较小;局部相关性和相对误差的分布大体相反,但在某些流速较小、相对误差较大的位置,相关性并不低。结论基于局部相关性的对比方法,可以定量比较PC MRI和CFD结果中的速度分布,反映速度分布的相似性或差异,可作为PC MRI和CFD对比研究中的一项重要指标。     

磁悬浮离心式心室辅助装置的体外溶血测试**

背景：心室辅助装置已广泛应用于心力衰竭患者的治疗。虽然有不同的血泵在国外应用于临床,却很少在国内应用,主要原因是其价格太高。因此在国内研制相对价格较低的能应用于临床的自主血泵迫在眉睫。 目的：测试置入式磁悬浮离心心室辅助装置主体血泵的溶血性能。 方法：通过计算流体力学方法,对磁悬浮离心式心室辅助装置主体血泵内部流场做初步分析。血泵在后负荷100 mm Hg     (1 mm Hg=0.133 kPa)、流量5 L/min 情况下,通过体外模拟血循环系统驱动羊血测试血泵体外溶血性能,计算血泵实际标准溶血指数NIH。 结果与结论：在设计工况下计算流体力学结果显示血泵内部流线平稳,整个流道内部壁面剪切力均在68.5 Pa以下,内部静压力分布均匀,过渡平稳,没有不良区域出现。体外溶血实验测得标准溶血指数NIH值为(0.075±0.017) mg/L。提示血泵驱动叶片及内部流道设计合理,同第3代血泵相比有较好溶血性能。血泵实验期间无不良状况发生,可以进行下一步长期的动物体内实验,进而评估血泵体内血流动力学性能和血泵置入对实验动物脏器的影响。     

基于生物信息学构建宫颈鳞癌预后相关的免疫基因风险模型

目的:寻找宫颈鳞状细胞癌(CSCC)特异性免疫相关基因(IRGs),为患者预后预测及个性化治疗提供依据.方法:基于TCGA和GTEx数据集,分析268例CSCC患者IRGs差异表达及潜在分子机制.采用多因素COX回归筛选预后相关IRGs,根据风险模型将患者分为高、低风险组,并验证模型有效性和生存期(OS).结果:CSC...     

基于减重步行训练的下肢康复机器人结构设计与分析

提出了一款基于气囊式减重原理的下肢康复训练机器人。它集主动训练与被动训练、静态平衡与功能评定于一体,适用于下肢偏瘫的脑卒中患者。装置的机械结构包括减重支持结构、步行器、拉伸锁定结构配合U型架、箱体结构和外框架辅助结构。对跑步机这一运动部件用SolidWorks软件进行三维建模,并用有限元分析软件Ansys进行应力计算表明:跑步机最大应力值为3.593 2 MPa,最大变形值为1.062 7 mm,均在材料容许范围以内,验证了设计的合理性与可行性。     

基于ABAQUS的升主动脉置换术术后血流数值模拟

目的:为研究人工升主动脉置换术治疗Stanford A型主动脉夹层后的血流动力学规律,采集临床CT图像,构建术后个性化主动脉流场几何模型。基于计算流体动力学对其进行数值模拟,得到术后流域壁面压力分布和流速分布两个力学指标,从而分析术后流域规律。方法:采集术后CT图像DICOM文件并应用影像后处理软件MIMICS进行三维重构及优化获得几何模型,再将该流域模型导入网格划分软件进行CFD网格划分,最后将网格文件导入ABAQUS/CFD模块进行多周期瞬态模拟。结果:通过模拟计算,得到术后主动脉在心动周期不同时刻的血流动力学参数。结论:血流动力学参数与边界条件密切相关。主动脉内复杂流场环境与心血管疾病存在一定联系。数值模拟可为人工血管置换术后病情发展提供参考。     

基于卷积神经网络的宫颈CT图像的金属伪影去除

目的:为了消除宫颈CT图像中存在的金属伪影,提出一种利用卷积神经网络（CNN）去除金属伪影的策略。方法:首先通过数值仿真得到金属伪影图像与目标图像（无伪影图像）,构造训练测试数据集,利用含金属伪影的宫颈CT图像和对应的无伪影图像训练已搭建的CNN,进而得到去除宫颈CT图像金属伪影的CNN模型。结果:训练网络之前金属伪影图像与目标图像峰值信噪比（PSNR）平均值为26.098 0 dB。不同尺寸（25×25、50×50、100×100）的图像块训练网络得到去除金属伪影的图像与目标图像PSNR平均值分别为34.607 9、38.375 1、38.183 8 dB。结论:通过对仿真数据和临床数据进行实验,研究结果表明,本文方法能够快速有效地消除宫颈CT图像中的金属伪影,并且可以保留完整的组织结构信息。     

基于CFD的左心室流场数值模拟研究现状与趋势

随着计算技术的快速发展,计算流体力学在心脏血流流场模拟中得到广泛应用,取得了有价值的相关成果,在心脏功能的研究中扮演着越来越重要的角色。目前,运用计算流体力学实现心脏流体动力学特性及其流场数值模拟分析,已成为心血管基础和临床研究领域的一个重要研究方向,对心血管系统疾病预防、临床诊断和治疗具有重要意义。简述基于CFD的左心室流场数值模拟方法的发展过程、研究现状和方法分类,分析基于CFD的左心室流场数值模拟计算存在的主要问题,提出该研究领域未来的发展方向。     

基于SolidWorks Simulation软件的旋压式制粒机的结构设计与有限元分析

通过总结其它制粒机的优点与不足,再加上市场的需要,设计了一款螺杆式旋压刀制粒机。先对该制粒机进行结构设计,然后利用Simulation里的有限元分析对旋压式制粒机的尺寸装配、旋压刀材料的选择、筛网的应力分布等进行分析,对各个部件进行尺寸优化,得到一个可以进行实际生产的制粒机。该制粒机零件之间的连接与配合,采用的是卯榫结构,极大地方便了零件拆装。以“拆装、清洗和使用方便,降低零件拆卸带来的磨损,可模块化生产,利用率高”的原则设计了此结构,为今后旋压式制粒机的优化设计提供了参考。     

基于MRA的个体化腹主动脉瘤计算机仿真

目的探讨基于MRA图像进行个体化腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)计算机仿真研究的可行性,并从血流动力学层面探讨AAA的发生、发展和破裂机制。方法基于AAA患者的MRA数据采用逆向建模法建立AAA的三维几何模型;采用FLUENT软件进行数值模拟,假设血管壁为刚性壁,血液为不可压缩牛顿流体,建立瞬态模型。将收敛之后的数据导入到CFD-Post中进行结果分析,输出心动周期内不同时刻的血流流线图、流速分布图、血管壁面切应力分布图以及压力分布图。结果AAA瘤颈处血液流动的方式以层流为主,瘤腔内血流以涡流、湍流为主,且在瘤体膨大处较明显;瘤颈处血液流速快于瘤腔,瘤腔大部分区域在整个心动周期内都处于较低的流速水平,且波动不明显,瘤腔内的高流速区域多位于入口血流直接延续的部位;射血期的壁面切应力的量值及其变化幅度均大于充盈期,壁面切应力较高的区域总是分布于瘤颈附近,瘤腔的切应力在整个心动周期内始终处于较低水平;瘤体的壁面压力量值及其分布范围在射血峰值(t=0.08 s)时最大。加速射血期的壁面压力及其变化范围均较减速射血期及充盈期大。结论基于MRA图像可建立个体化的AAA计算机仿真模型,通过计算机仿真得到的AAA内血流分布规律对AAA的研究和临床个体化的诊治有一定的帮助。     

基于多体运动数值模拟方法研究髋关节屈曲角度对水下海豚泳打腿的影响

目的 研究水下海豚泳打腿过程中运动员周围的流场特性、净流向力变化,以及伸展打腿结束时髋关节屈曲角度对水下海豚泳打腿的影响.方法 通过三维扫描得到游泳运动员的身体形态数据,对数据进行逆向重构得到游泳运动员模型,对运动员模型的各关节进行分离,将模型划分为各运动环节,通过控制各运动环节的运动模拟水下海豚泳打腿动作,并使用计算...     

基于格子Boltzmann方法的体肺分流术血流动力学几何多维度数值研究

目的 利用基于时间步耦合的几何多维度方法,模拟单心室疾病体肺分流术后的血流动力学,得到搭桥管局部三维流场和手术前后整体血流动力学信息。方法 首先,通过术前的心血管集中参数模型（0D）和手术搭桥管三维模型（3D）建立0D-3D耦合的多维度血流动力学模型,并讨论模型0D-3D交界面耦合条件及时间步耦合算法;其次,实现了基于格子Boltzmann方法的3D 计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）和0D集中参数模型耦合求解的多维度仿真;最后,通过多维度模型与术前集中参数模型的结果对比手术前后血流动力学变化。结果 多维度仿真得到了术后心血管整体血流动力学改变和手术局部的三维流场信息,模拟结果显示肺循环分流比由术前32.21%提高至57.8%。结论 体肺分流术中植入连接体循环和肺循环的搭桥管能够有效增加单心室病人肺循环的供血;几何多维度仿真能够有效模拟心血管整体血流动力学改变和所关心部位的三维流场信息,对心血管临床术前规划有重要意义。     

基于计算流体力学方法进行不同个体的主动脉弓内血流模拟对比分析

目的:应用医学CT图像数据三维重构技术和计算流体力学方法进行人体主动脉内血流数值模拟分析,通过对不同个体正常主动脉弓内血流数值模拟获得的血流动力学参数进行比较,分析讨论血流动力学参数与血管结构形状的关系及对血液流动的影响,为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据。方法:应用医学图像后处理软件对通过临床获得的增强CT二维医学图像数据进行处理重构而得到不同个体的主动脉弓三维立体模型并转化为可用于模拟计算的CAD模型。应用CFD软件模拟主动脉弓内的血流情况,获得相关血流动力学参数。结果:计算得到了不同个体主动脉弓在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:计算流体力学数值模拟方法为个体主动脉弓内进行仿真模拟血流动力学分析提供了可靠方法。在心动周期内主动脉弓弯曲处存压力变化明显,出现漩涡等复杂血液流动现象,为研究血流动力学及各种脉管疾病提供一定的理论依据。     

实体肿瘤药物输运与给药方式的集中参数模型及实验研究

目的研究不同给药方式对实体肿瘤抗癌药物疗效的影响,并通过动物实验验证。方法分别建立体内药代动力学和肿瘤内药物输运的集中参数模型,模拟单次快速注射和等时间间隔三次快速注射时肿瘤间质组织药物浓度Ct随时间的变化。实验小鼠分为两组,分别进行抗癌药羟基喜树碱(HCPT)单次快速注射和等时间间隔3次快速注射,观察其肿瘤内药物平均浓度。对数值模拟结果和动物实验结果进行比较。结果数值模拟结果显示,对于相同总量药物,等量等间隔的三次给药,肿瘤间质组织药物浓度Ct高于单次给药。动物实验的实测结果相同。结论3次给药的效果显著优于单次给药。集中参数模型基本能够定量反映不同给药方式的效果。     

基于CFD的液悬浮人工心脏泵叶轮入口优化分析

目的应用计算流体动力学方法(computational fluid dynamics,CFD)对离心式双向液力悬浮人工心脏血泵流场进行仿真分析,通过改进叶轮入口结构来改善血液在血泵的流动状态,从而提升其抗溶血性能。方法从影响血泵溶血性能的角度考虑,基于N-S方程和k-ε标准双方程湍流模型,应用软件FLUENT6.3对离心式人工心脏血泵流场进行数值模拟,分析在设计工况下,叶轮入口处的结构变化对泵内流场的影响,以及流场中最大速度与溶血水平之间的关系,并根据流场分析结果对血泵叶轮入口进行优化。结果经过优化,血泵内流场紊乱现象得到改善,影响溶血值的切应力和曝光时间均有所降低,溶血性能得到改善。同时,对于离心式双向液力悬浮血泵,在设计工况下,其流场中最大速度有作为流场优化过程中的直观指标参数的潜力。结论该研究的仿真分析可为离心式双向液力悬浮人工心脏的设计积累一定经验。     

基于3D打印和CT三维重构数值模拟上呼吸道气流状态的研究方法

目的建立物理模型实验和数值模拟相结合的方法,用于研究上呼吸道气流状态。方法基于网上公开CT医学图像,重建人体上呼吸道三维模型。基于3D打印技术,建立上呼吸道实验模型,进行呼吸的流量过程测量实验;通过对上呼吸道三维模型进行网格划分,采用湍流Realizable k-ε数值模型进行计算。结果首先进行与实验工况对应的数值模拟对比研究,得到与实验吻合的结果。数值模拟结果表明,呼吸过程中的气流的流动轨迹呈抛物线形状,呼气和吸气阶段的流场、壁面压力和涡结构分布很大区别,呼吸交换过程中上下鼻道有空气残留。另外,通过脉线、压力分布和涡结构分布情况,初步分析气流对上呼吸道生理环境的影响。结论该方法具有针对性、快速性和准确性的特点,充分发挥了物理实验可靠和数值模拟精细的优点,适用于不同个案上呼吸道不同问题的研究,对临床个性化诊疗具有价值。     

基于多参数MR的影像组学融合模型术前预测宫颈鳞癌脉管浸润的应用价值

目的 探讨基于多参数MR的影像组学融合模型术前预测宫颈鳞癌脉管间隙浸润（LVSI）的应用价值。方法 回顾性研究。纳入2016年6月—2019年3月山西省肿瘤医院宫颈鳞癌患者168例。患者年龄22~76（52.0±10.1）岁,临床分期为国际妇产联盟（FIGO）ⅠB期127例、ⅡA期41例。所有患者术前行多参数盆腔MR扫描,均接受根治性子宫切除术联合盆腔淋巴结清扫术治疗。收集其临床病理资料和多参数MRI数据,以7∶3的比例按照随机抽样法分为训练集117例和验证集51例。在T₂加权像（T₂WI）、表观弥散系数[ADC,由2个b值的弥散加权成像数据自动生成]及增强T₁加权像（cT₁WI）3个序列的MRI上,对病灶进行手动分割勾画肿瘤轮廓感兴趣区（ROI）,得到三维感兴趣区（VOI）并提取特征,通过以最大相关最小冗余和最小绝对收缩与选择算子回归为主的三步降维法筛选特征并构建影像组学模型。多因素logistic回归分析筛选临床特征并联合影像组学模型建立融合模型,制作列线图。受试者操作特征曲线（ROC 曲线）、校正曲线、决策分析曲线评估列线图的效能及临床效益。结果 术后病理检查确诊LVSI阳性42例,阴性126例。训练集与验证集患者的年龄、FIGO分期、肿瘤最大径、肿瘤分化程度、LVSI状态等临床病理特征比较,差异均无统计学意义（P值均>0.05）。基于T₂WI、ADC及cT₁WI多参数MRI提取的影像组学特征,经特征筛选后得到7个关键特征,均与宫颈癌LVSI相关（P值均<0.05）,并构建影像组学模型。训练集T₂WI、ADC及cT₁WI 3个序列独立构建的影像组学模型预测宫颈癌LVSI的ROC曲线下面积（AUC）分别为0.630[95%可信区间（CI）0.557~0.698]、0.686（95%CI 0.563~0.694）、0.761（95%CI 0.702~0.818）,3个序列共同构建的联合影像组学模型对应的AUC为0.887（95%CI 0.842~0.925）,诊断效能最优,并在验证集中得到验证。联合影像组学模型与肿瘤分化程度构建的融合模型列线图预测宫颈癌LVSI,在训练集与验证集中的AUC分别为0.893（95%CI 0.851~0.929）、0.854（95%CI 0.749~0.943）,校正曲线显示出列线图有良好的校正性能;决策曲线表明当风险阈值概率范围在0.50~0.96时,采用影像组学融合模型预测宫颈癌LVSI的净收益优于“将所有患者视为宫颈癌LVSI阳性或阴性”。结论 基于多参数MRI影像组学特征与临床特征的融合模型对宫颈癌LVSI状态有良好的预测价值。