基于STM32芯片的肿瘤细胞荧光检测系统设计

为了实现肿瘤细胞早期筛查以达到早期防治,本研究开发了一种基于微流控芯片的肿瘤细胞荧光检测系统。光路采用反射式共焦距光路结构;硬件电路基于光电探测器模块、STM32F103C8T6、A/D转换芯片与串口芯片对激发荧光信号实时采集,并向上位机传输。同时设计了一套基于荧光检测的软件系统,实现检测动态可视化与报告生成及打印功能。采用FITC荧光素标记的乳腺癌细胞MDA-MB-453进行试验。结果表明,该系统在6 mL/h最佳进样速度下,对肿瘤细胞的平均检测率达到85.36%,为临床的应用提供可靠的诊断方法。     

基于光学运动捕捉的上肢康复机器人可用性测试研究

目的对一款上肢康复机器人进行可用性测试研究,验证其安全性、有效性和舒适性,并提出改进设计的意见。方法运用光学式运动捕捉系统采集受试者进行康复训练时的角度数据,再对受试者进行主观问卷调查。结果快速上肢评估量表结果显示上肢康复机器人配置相对合适,但需要进一步深入研究。角度数据在肩关节内收外展运动和肘关节屈伸运动上表现出显著相关性,而在腕关节数据的统计结果上表现出无相关性。主观问卷调查总得分表明上肢康复机器人舒适性总体上是令人满意的,但在手臂固定装置的舒适性、训练过程中肌肉拉伸程度和座位高度设置的问题上存在设计不合理。结论运用光学式运动捕捉系统可以定量评价上肢康复机器人的性能,对康复机器人的设计及改进具有重要意义。     

FFR值与冠动脉狭窄度的数值模拟

目的：利用有限体积法对冠状动脉进行数值模拟,探讨不同狭窄程度的冠状动脉简化模型在舒张期血液的压力分布,并以此计算出（Fractional Flow Reserve,FFR）FFR值,阐明冠状动脉不同狭窄程度与肿值之间的关系,为冠状动脉狭窄的诊断提供参考。方法：以血流动力学基本原理建立不同狭窄度冠脉的物理模型,利用有限体积法,计算不同狭窄几何模型的速度、压力和壁面剪切力等血液流体动力学特征。利用开源软件OpenFOAM对人的冠状动脉不同狭窄程度的简化模型进行血流三维数值模拟。结果：计算获得了人的左冠状动脉不同狭窄程度的血流在舒张期压力分布图。当狭窄程度小于70％,FFR值下降缓慢;当狭窄程度在70％和90％之间内,彤R值下降速度明显加快,当狭窄程度大于90％时,FFR值急速下降,另外,当狭窄程度在大于80％之后,冠脉血管内血流流场的速度压力变化加大。结论：通过对不同狭窄度下冠脉血管血液流体动力学特性的计算,进一步说明有限体积法对冠脉狭窄的模拟问题的计算,人左冠状血管狭窄的百分数与冠脉的FFR值并不是呈线性关系,而是呈曲线样改变。     

基于双目视觉的医疗器械3D数据模型获取方法研究

目的：为了高效率、低创伤地完成外科手术．计算机辅助外科手术得到了广泛应用。医疗器械3D数据模型可有效地结合病人的影像数据,指导外科医生完成顺利外科手术,从而降低手术的风险,减少对病人的伤害。方法：基于双目视觉基本原理,首先对双目摄像机进行立体标定,利用标定后获得的摄像机参数对双目立体图像进行畸变矫正和立体校正,然后为了提高后续匹配精度,对医疗器械目标进行分割后再进行立体匹配,最后将获取的匹配视差信息重投影到3D空间。获得医疗机械的3D数据。结果：采用交互式分割方法对医疗器械目标进行先分割再立体匹配,能避免遮挡造成的误匹配。大大提高匹配精度。通过实验,将基于双目视觉获取的医疗器械3D数据与实际测量获得的数据进行比较后发现,本文方法获取的医疗器械3D数据精确度较高。结论：基于双目视觉理论可以高效率、高精度地进行医疗器械3D模型还原．其模型可用于模拟手术、手术导航等实际应用。     

体外细胞培养的加力装置及压力测量的研究

目的：在一定力学作用下,机体的器官、组织、细胞和生物大分子会发生相应的形态和功能改变,这对于维持正常生理功能具有重要作用。细胞力学是组织工程和细胞工程的基础之一,在离体培养过程中对细胞施加不同的机械力以研究应力对细胞的影响是细胞力学的一个重要研究领域,也是细胞力学的重要研究手段。本研究是为了模拟在体细胞的力学环境,实现在体外培养的条件下对细胞施加力的作用,设计了一种力加载装置和相应的压力检测模块。方法：力加载装置包括应力加载模块、细胞培养室、步进电机传动模块组成。计算机通过软件驱动步进电机控制活塞在培养室内直线往复运动,实现细胞培养室内压力大小、频率和持续时间的可控变化。应力检测模块可以实时监测培养室内压力大小的变化,并与预期参数对比后通过反馈系统调节各模块的运行,实现压力加载的精准控制。结果：系统压力加载的频率调控范围为0 Hz~1Hz,压力加载范围为-71 kPa~60 kPa。结论：该系统为研究压力对细胞的影响提供了一种简单、可行的方法,实验证明系统压力加载方式准确、可行,能对离体培养的细胞进行有效的压力加载。     

基于MRI的脑肿瘤计算机辅助检测技术研究进展

目的：总结计算机辅助检测技术在脑肿瘤检测领域的发展现状。方法：本文按照计算机辅助检测过程中的关键技术为分类,分别对其进行深入研究。结果：相对于其他肿瘤,脑肿瘤对患者的生存质量和生存时间的影响尤其严重。如果能在早期发现脑肿瘤并及时治疗,则可明显改善患者的生存质量,有效延长患者的生存时间。目前,磁共振成像（MRI）是显示脑肿瘤的最佳方式,但通过放射科医生对海量MRI图像进行判读发现早期脑肿瘤是非常困难的,而以图像处理与分析为基础的计算机辅助诊断（CAD）技术则是解决这一难题的有效途径。结论：本文对近年来基于MRI的脑肿瘤计算机辅助诊断技术的报道进行分析和深入研究,论述了脑肿瘤CAD的研究进展情况、存在的问题及可能的解决方案。     

基于坐位平衡的虚拟康复训练系统软件设计

摘要：目的：为了克服脑卒中患者在坐位康复训练过程中因重复训练所产生的厌倦心理。本研究设计了一种用于坐位平衡功能训练的虚拟康复训练系统软件,旨在增加患者坐位康复训练的趣味性,激发患者主动训练的积极性,使康复训练可以取得更好的治疗效果;方法：本系统采用上下位机结构,上下位机之间通过蓝牙串口进行通信,软件基于Microsoft的Di-rectX接口进行设计,采用vc＋＋进行编程,使用纹理映射技术实现了地面场景的加载和渲染,并从．x文件中加载人物网格信息并对其渲染,根据下位机坐板上四个压力传感器的压力控制虚拟人的运动;结果：实现了患者通过调整身体重心来控制虚拟训练环境中虚拟人沿指定路径行走的功能。能同时给与病人视觉和听觉的双重刺激;结论：本系统软件可以提高病人坐位平衡康复训练的积极性,对需要进行长期康复训练的病人能起到更好的治疗效果。     

微焦点X线相衬成像技术的边缘信号增强特性研究

目的：研究确定微焦点X射线相衬成像技术的边缘信号特性,以更好地从理论和实验角度,来解读X射线相衬成像结果中的图像信息,更好地确定基于微焦点的X射线相衬成像设备中的相关成像参数,以提高X射线相衬成像技术的应用效果。方法：本文以X射线的折射现象为物理基础,将菲涅耳衍射理论和傅立叶变换相结合,建立X线相衬图像对物体相位信息的二阶微分理论模型,揭示了微焦点X线相衬成像技术的边缘结构信号增强特性及其内涵。再通过计算机仿真实验和对真实光纤样品的物理实验,来观察和验证X线相衬成像技术的边缘结构信号增强特性。结果：计算机仿真实验和对真实光纤样品的物理实验的一致结果显示：基于微焦点的X线相衬成像技术,对样品的边缘结构信息具有明显的信号增强特性,通过相衬图像能够突出显示弱对比物体内部结构的边缘信息。结论：X线相衬成像是一种全新的成像方法,它弥补了传统成像方法在对弱吸收物质成像上的不足,研究证实,这种技术具有对样品内部的微细结构进行边缘增强的成像特性,这为进一步的技术开发和设备参数的优化提供了很好的研究基础。     

基于磁共振图像的人体骨盆三维重建及有效性验证

目的：利用磁共振图像重建人体骨盆,并利用有限元方法验证建立该模型的有效性,为临床上不适合CT扫描的患者,提供了从MRI图像重建人体模型和骨盆生物力学研究的另一种方法。方法：采用1.5T的核磁成像仪扫描获取正常骨盆MRI图像,利用Hypermesh进行网格划分和韧带添加,采用Mimics和Geomagic对图像数据进行重建。对模型施加适当的界条件,运用有限元分析方法,分析该模型的应力应变和位移结果,同实验测量文献和CT重建的模型有限元模型结果对比。结果：骨盆上关键点的应力应变和位移数值基本吻合引用的参考文献对应点数值,趋势基本相似。坐位时,垂直加载600 N载荷于骶骨上表面,应力由骶骨经骶髂关节向下传递,经坐骨上支、到达坐骨结节;应力主要集中在坐骨大切迹和坐骨结节。站位时,垂直加载600 N载荷于骶骨上表面,应力分别经骶骨翼、骶髂关节,坐骨大切迹,弓状线,至髋臼;应力主要集中在骶髂关节和坐骨大切迹。结论：成功利用MRI建立的有限元模型,其基本可以反应骨盆的力学结构特点,准确性较高,可以作为用于研究骨盆及其植入物生物力学的基础。站立位时,骨盆的主要负重和稳定结构位于后方;坐位时,骨盆承载人体重量并在上下应力传导中起着非常重要的作用。     

冠状动脉搭桥血流动力学数值模拟

目的深入研究缝合区附近的血流动力学特性,这对于了解内膜增生的发生机制以及提高冠状动脉搭桥畅通率有重要的指导与临床意义。方法通过运用三维重建软件和逆向工程软件从CT医学图像中重建出弯曲冠状动脉模型,并考虑移植管缝合到冠状动脉上时端口的变形。采用有限体积法数值研究的方法,模拟冠状动脉搭桥术中下游缝合区附近的血液流动的流场。结果临床上常出现内膜增生的位置都存在不正常的血流动力学现象,缝合前端和缝合后端都出现了严重的回流现象。结论在冠状动脉旁路移植术中,移值管远端应缝合到曲率较小的冠状动脉上。