MRI射频场环境下植入物佩戴者的安全性研究

磁共振成像(MRI)中复杂的电磁场环境会对携带植入物的受试者造成重大影响,其中射频场下的组织发热问题尤为明显。为了确保受试者的安全,需要了解MRI环境下组织温度的分布及其随时间的变化。该研究在分析MRI环境下组织温升原理的基础上,构建了MRI系统中产生射频场的鸟笼线圈、ASTM标准/改进仿体和单腔心脏起搏器有限元模型,采用时域有限差分(FDTD)的方法进行仿真。首先按照国际标准化组织提出的标准验证了模型构建及仿真方法的正确性,之后在64 MHz,2 W/kg的环境下计算组织电场、SAR和温度场的分布及随时间的变化。特别比较了有血液热交换和无血液热交换(标准/改进仿体)时的组织温度差异。仿真结果表明:在电极头,导线尾端和机壳附近存在电场和SAR的热点区域;在仿体两侧处存在SAR值较高的区域,并且离线圈距离越近,SAR越高。温度场分布与SAR分布相似;在导线尾端和机壳之间的区域热量堆积严重,温度最高。同时血液热交换可一定程度减小温升。     

血流储备分数的研究进展

冠状动脉粥样硬化性心脏病是冠状动脉血管发生粥样硬化而引起血管腔狭窄或阻塞,造成心肌缺血、缺氧或坏死而导致的心脏病,其诊断方法有心电图、血液学检查、冠状动脉CT(Computed Tomography,CT)、冠状动脉造影及血管内成像技术等。近年来血流储备分数(Fractional Flow Reserve,FFR)测量冠状动脉狭窄程度逐渐广泛应用于冠心病的治疗中。该研究基于国内外相关文献,在阐述了FFR测量冠状动脉狭窄程度的背景意义、基本原理和实现方式的基础上,归纳阐述了FFR检查的优缺点及临床研究;并对FFR技术的发展进行初步展望--未来瞬时无波形比值i FR(Instantaneous Wave-free Ratio, i FR)与功能性SYNTAX评分(Functional SYNTAX Score)具有广阔的发展空间。     

用于健康预警的非接触式光电容积描记器的开发与应用

目的研究用于健康预警的非接触式光电容积描记技术(PPG)原理和相关硬件设置。方法分别使用垂直腔面发射激光器(VSCEL)作为发射光源,高速硅(Pi N)光电二极管作为光敏元器件;基于此硬件进行相关的配置实验。结果基于建立的PPG光学模型,非接触式PPG监测亟待解决的技术性问题主要有如何减小反射光的影响以及怎样增大光源与生物组织的有效接触,特别是流动的部分。实验证实,在传感器部分,光源和光敏器件的相对位置设计是首先需要考虑的问题。结论在最优PPG配置方案前提下,非接触式PPG监测可以代替接触式PPG进行健康预警。     

基于RR间期的阵发性房颤复发预测

房颤(AF)是临床上最常见的一种室上性心律失常,对患者危害大,及时利用医疗手段阻止房颤的发生或复发是房颤防治领域关注的焦点和难点。本文尝试利用4种方法对心电信号RR间期序列进行处理,统计不同指标在房颤发作前和远离房颤发作时期的变化,试图寻找能够预测房颤复发的因子。这4种方法分别是:功率谱分析、近似熵(ApEn)和样本熵(SpEn)分析、递归分析以及时间序列符号化。文中数据来源于阵发性房颤预测数据库。通过支持向量机(SVM)分类,评估4种方法的相关指标对房颤复发的预测效果。结果表明,递归分析中的各项参数综合使用达到的分类效果最佳,针对房颤复发预测能够达到95%的准确率;功率谱分析方法次之,准确率为90%;近似熵和样本熵分析、时间序列符号化的效果则不够理想,准确率均只有70%。本文结果说明,基于RR间期的递归分析和功率谱分析能够有效地评估心房混沌状态,对房颤复发预测有一定的参考价值。     

下肢助行外骨骼髋关节串联弹性驱动器弹性单元优化设计研究

目的串联弹性驱动器是下肢助行外骨骼实现刚柔耦合的重要途径,其弹性单元的设计优劣直接决定了刚柔耦合性能的高低,研究一种应用于下肢助行外骨骼髋关节部位的扭转型串联弹性驱动器弹性单元优化设计方案。方法设计一款针对髋关节部位的特定环形弹性体。选择500～1 000 N·m/rad的刚度作为设计目标,弹性体在加载50 N·m扭矩时变形量定在5°以下,单片承载的设计。结合连接的谐波减速器外形尺寸,弹性元件的具体设计参数为:最大扭矩50 N·m,最大偏转3°,外圈直径69 mm,内圈直径20 mm,刚度954.93 N·m/rad。通过正常人体髋关节扭矩分析,确定髋关节弹性体技术指标,基于SolidWorks建立所设计弹性体三维模型,在ANSYS WORKBENCH中对弹性体厚度、单组弹性梁跨度、弹性梁宽度进行仿真优化。结果取安全系数为1.2,最大应力在1 100 MPa以下时,最终优化分析计算结果为t=13.89 mm,b=1.79 mm,α=88.3°。在该条件下,当输出扭矩为50 N·m时,弹性元件所受到的最大应力、最大柔性转角分别为1 060 MPa、3.049 3°,认为其满足设计要求。得到基于所建模型施加不同扭矩时得到的扭转角度。在等梯度不同扭矩的作用下,弹性体的柔性转角和对应的负载扭矩具有很好的线性关系,在不同负载下其刚度是一致的。由胡克定律k=T/θ,可得弹性元件刚度为:k=939.49 N·m/rad,符合预先设计目标。结论所得扭矩与扭转变形角度在MATLAB中用最小二乘法拟合,其刚度曲线呈线性,证明了仿真优化方案的可行性。     

基于视觉信息的智能下肢假肢路况识别

目的从纯视觉信息角度出发,对智能膝关节进行路况识别的研究。方法整个实验环境采用卤素灯照明,使得设定的场景的光亮度和色温变化较小。将机器视觉模块嵌入智能膝关节的控制系统,通过摄像头实时采集路况图像数据,并将所采集的图像进行灰度化处理,利用归一化互相关算法(NCC)进行图像模式匹配,从而识别出对应的路况。结果通过机器视觉模块识别平地、上/下坡、上/下楼梯5种路况的准确率分别为88.6%、85.3%、78.4%、87.5%、77.9%。识别效果较好,识别时间均在1 s以内,实时性较强。结论基于纯视觉信息进行智能膝关节假肢路况识别具有有效性和可行性。