基于心冲击信号的心率检测方法

针对现有基于心冲击描记图进行心率检测存在的抗干扰性不足问题，提出一种鲁棒的心率检测模型，首先对原始信号中受干扰的片段进行补偿重构，然后将J峰作为特征波形，通过基于J峰频段的滤波与差分增强处理放大特征，并设计改进的峰值提取算法定位心跳点，进而得到心率估计值。实验结果表明，所用模型对于不同情形下的心冲击描记图信号均表现出良好的适应性，逐拍检测平均覆盖率为98.3%，平均准确率为98.4%。心率输出结果与金标准一致性高，误差范围控制在[±]5%以内，且运算实时性好，可以为临床或家庭保健提供良好的心率检测方案。     

基于粉雾剂的宫颈给药装置结构设计

目的为了克服传统宫颈给药方式存在的剂型缺陷,本文设计了一种基于粉雾剂的宫颈给药装置,并通过结构设计使该装置能够满足一般粉雾剂药物的给药作用,将粉雾剂药物送达人体病变位置。方法通过模拟现有吸入粉雾剂的装置结构,设计此宫颈给药装置,使粉雾剂均匀喷洒在人体宫颈内,以便于人体宫颈黏膜吸收粉雾剂药物。应用流体力学计算此装置所要求提供的压强参数,同时通过ANSYS软件定性分析该装置在规定参数下的可行性。结果装置在气流速度60L/min、出口压力1MPa状态下可以使粉雾剂达到很好的湍流状态,利于粉雾剂的分散。结论该装置能够满足一般粉雾剂的给药要求,对粉雾剂的分散效果明显。     

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。     

微创手术机器人机械臂结构设计与工作空间分析

目的现有双平行四边形机构设计的机械臂需要串联一个伸缩自由度机构,导致机械臂体积增大,运动灵活性降低,持镜臂与持器械臂发生干涉。针对这一问题,提出一种新型机械臂结构,增强运动灵活性、减小机械臂的体积。方法采用5连杆机构、滑块与滑轨的低副机构和丝传动机构设计机械臂,实现末端执行器的伸缩运动,建立机械臂的运动学模型,以MATLAB为仿真工具验证零位关节角D-H参数的正确性,求解出机械臂的运动方程;同时运用蒙特卡洛算法,得到末端执行器的三维工作空间范围,并对3条机械臂作术前动物实验规划;最后,在猪体内进行胆囊切除等操作,验证机械臂的双5连杆2自由度设计的合理性和可操作性。结果蒙特卡洛算法在MATLAB环境下得到的工作空间范围为:-650.4 mmx649 mm,163.8 mmy1 202 mm,-254.6 mmz829.8 mm,并成功完成16例猪的胆囊切除实验,平均操作时间为51 min。结论新型设计的双5连杆2自由度机械臂在猪体内成功完成胆囊切除等操作,且猪术后无其他不良症状,机械臂之间的运动无干涉,充分验证了所提出的微创手术机器人机械臂设计方案的可行性。     

肝癌细胞Hep-G_2冻结过程中冻干保护剂热物性和效果研究

细胞冷冻干燥分为冻结和干燥两个过程,其中冻结过程中冰晶对细胞造成的机械损伤和溶质损伤不容忽视,而使用冻干保护剂可以减少此过程中细胞受到的伤害。为了探究冻干保护剂冻结过程中对细胞的保护机制以及优化冻干保护剂配方,本实验以肝癌细胞Hep-G2为对象,利用差示扫描量热仪(DSC)探究不同冻干保护剂在冻结过程中的热物性和未冻水份额;通过细胞冻存实验,检测使用不同保护剂的肝癌细胞Hep-G2的台酚蓝染色存活率和24 h贴壁率,结果表明配方为40%(W/V)聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)+10%(V/V)丙三醇+15%(V/V)胎牛血清(FBS)+20%(W/V)海藻糖的保护剂对细胞冻结过程的保护效果最佳,细胞24 h贴壁率可以达到44.56%±2.73%。因此,研究表明该冻干保护剂配方在冷冻过程中可以有效保护细胞。     

一种基于推拿物理治疗牵引床的理疗控制系统的设计

目的结合患者和医生的需求设计了一种基于推拿物理治疗牵引床的理疗控制系统。方法利用液压系统和一个直线推杆来控制床体,带动固定在床体上的患者完成前后拉伸、左右旋转、左右摆角、上下旋转、腰部推顶的多维牵引运动来模仿人工牵引治疗的手法,并有快速牵引、慢速牵引等多种牵引模式供不同的患者使用。该控制系统选用的处理器为ARMCortex-M3内核的STM32F103系列芯片,配合液压阀驱动模块、电机驱动模块等,构成了牵引床驱动控制系统,对控制系统输出的脉宽占空比PWM进行调控,以实现液压阀和直线推杆的比例控制。结果设计一款基于Labview平台下编写的上位机软件。利用上位机软件的可视化参数选择直接对底层处理器进行控制,使得整个理疗控制系统达到人机交互的效果。利用上位机软件控制牵引床机械本体;使其前后拉伸小于70 mm,上下旋转范围为-5°~25°,左右摆角范围为-25°~25°,左右旋转角为-25°~25°,腰部推顶小于30 mm。结论该控制系统可用于松弛腰背颈部肌肉、恢复腰脊椎的正常列线,改善突出物对神经压迫,具有良好的临床应用价值。     

血流导向装置与弹簧圈联合治疗巨型颅内动脉瘤的数值模拟研究现状

血管内弹簧圈(coil)栓塞治疗因创伤小、恢复快等优点成为目前普遍应用的颅内动脉瘤治疗手段。近年来血流导向装置(flow diverter,FD)作为颅内动脉瘤血管内治疗技术的重大突破,主要体现为从动脉瘤囊内填塞到载瘤动脉重塑治疗理念的转变,为巨型颅内动脉瘤的治疗带来了全新的方法。文章首先介绍了FD与弹簧圈的数值模拟方法,然后列出常见的影响动脉瘤治疗效果的形态学与血流动力学参数,详细说明了FD孔率、弹簧圈填塞率与壁面切应力对改善瘤囊内血流动力学的重要作用,最后结合FD与弹簧圈治疗颅内动脉瘤的特征,通过数值模拟的方法对比了二者的治疗效果。结果显示使用FD治疗巨型颅内动脉瘤具有一定的优越性,但更多的研究表明FD联合疏松弹簧圈栓塞治疗时,动脉瘤的延迟破裂率与复发率更低。结论进一步说明了FD与弹簧圈栓塞巨型颅内动脉瘤的发展方向。     

球囊扩张式支架扩张过程的数值模拟

目的求解支架扩张过程中的应力、形变分布云图,以及压强-直径变化曲线,获取球囊扩张式支架整体性能数据。方法使用"体积控制"球囊-支架模型,运用有限元分析软件ANYSY进行数值模拟,并与实验数据进行比较。结果支架-球囊模型可以很好地模拟支架扩张全过程;当球囊膨胀至最大直径,支架模型的主体结构与加强筋连接位置会发生塑性形变,而最大应力也分布在连接位置。结论通过有限元分析可以对支架性能进行优化。     

ROI-C椎间融合器植入对颈椎生物力学的影响

目的研究ROI-C椎间融合器植入颈椎C5~6节段后对下颈椎C3~7整体关节活动度(range of motion,ROM)、椎间盘与椎体生物力学特性及力传导模式的影响。方法采用ROI-C植入和植骨融合钢板内固定两种术式建立颈椎C5~6节段退行性病变的有限元模型,分析两种术式下C3~7颈椎段在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转时ROM以及椎间盘、椎体和内植入器械的应力分布情况。结果 ROI-C植入后对邻近节段ROM的影响相对较小,减小了椎间盘的负荷,但椎体应力显著增加,C5椎体应力增加了251%。植骨融合内固定后,手术节段ROM减小86%~91%,邻近节段ROM以及椎间盘和椎体应力均明显增加。结论 ROI-C植入对颈椎ROM和椎间盘应力的影响较小,对椎体应力的影响较大。研究结果可为ROI-C植入和植骨融合钢板内固定临床植入手术方案的设计和研究提供理论依据。     

基于EEG与眼动的腹腔镜训练疲劳分析

本研究主要对比分析新手在腹腔镜训练箱和模拟器训练过程中不同疲劳水平下的训练效果。20名志愿者,随机均分成A、B组;A组使用训练箱训练,B组使用模拟器训练。首次采用脑电信号评价训练过程中的脑力疲劳,定义状态指标F量化疲劳水平;采用眼动特征和完成时间、错误数来评价训练效果。分析两组F值曲线,第1~5次训练两组斜率均为0.17;第6~15次训练斜率分别为0.114、0.078;第16~20次训练斜率分别为0.54、0.24。研究结果表明,对于A组训练者,脑力疲劳的发生更容易影响其完成时间和注视点个数;对于B组训练者更容易影响错误数、注视时间百分比和注视/眼跳百分比。相同任务下,腹腔镜训练箱相对于模拟器更易于使训练者疲劳,两种训练器都对训练效果有提升,但训练效果不随着训练次数的增加而一直在提高。当疲劳发生时,训练效果会呈下降的趋势。