基于运动心脏模型的心电仿真

目的：心脏－躯干是产生心电信号的激励源－信号处理系统,心电正问题的核心内容是研究心脏电偶极子和躯干的形状与电学特性对体表电位的影响。活体心脏收缩／舒张和扭转是心脏的一个基本性质。本文的目的是考查这种这种运动对体表电位的影响。方法：根据超声心动图的实测数据,在传统的静态心室模型基础上,利用三维空间的尺度变换和旋转变换,分别表示心肌的收缩/舒张运动和扭转运动,建立面向心电正问题的运动心脏模型。然后,实现心电传播仿真和心电场求解,计算体表心电图。结果：仿真了12导心电波形,发现相对于静态模型,运动模型对ST段形态影响较大。结论：为了更有效地进行心电场求解,建立面向心电仿真的运动心脏模型是必要的。     

座舱压力控制系统的建模算法与仿真

本文对座舱(地面环境模拟设备)压力控制系统的建模与算法作了研究并进行了数字仿真。其中建模是采用理论推导和实验相结合的方法,而算法是用极点配置的自校正控制算法,对参数的估计采用了带遗忘因子的递推算法。经过计算机仿真,合理地选择了极点等参数,为工程实施提供了依据     

烧伤休克期复苏补液的计算机仿真设计及应用研究

目的 :为建立一种新的科学的烧伤休克期复苏补液方法 ,使烧伤病人平稳渡过休克期 ,并使水肿较轻。方法 :根据烧伤病人休克期液体和蛋白质平衡的数学模型 ,利用系统控制的计算机仿真技术 ,对 36例病人进行液体复苏治疗 (实验组 ) ,并与采用经验公式复苏的 32例病人进行比较 (对照组 )。结果 :实验组较对照组病人更加平稳渡过休克期 ,而水肿 (净体重增加 )较轻 ,且平均住院时间、医疗费用及并发症也少 (P <0 0 5 )。结论 :计算机仿真设计的烧伤休克期液体复苏方案比经验公式科学、合理 ,既能使烧伤病人平稳渡过休克期 ,又可减轻水肿 ,且具有个体化的特点     

医院船不同运动姿态条件下外科手术技术筛选研究

目的 研究医院船不同运动姿态条件与适宜采用的外科手术、手术时间及手术成功率的关系.方法 通过文献调研、专家咨询和多组交叉对照WILLIAMS设计建立实验动物模型的方法,以陆基、六自由度模拟舱和920型医院船手术室为实验平台,制订医院船动物手术实验能力综合评分指标体系.结果 明确了船体不同的运动姿态条件下实施外科手术的影响因素,筛选出了适宜采用的外科手术技术种类,得出了船体不同运动姿态条件下外科手术技术总体成功概率及其时间负荷.结论 本研究明确的适于采用的外科手术及其成功概率和时间负荷,为海上外科手术救治提供了客观依据.     

CT仿真支气管镜的研究进展

CT仿真内窥镜技术是20世纪90年代影像医学的重大发展,实现了CT对于气管,支气管等管道结构的腔内成像,本文从CT仿真支气管镜的技术进展,诊断价值及临床应用等方面进行综述,并探讨其临床应用前景。     

具有超压防护功能的机动手术舱室污染物运动扩散的仿真研究

目的:对具有超压防护功能的机动手术舱室污染物运动扩散进行仿真研究,通过空气过滤净化和气流组织设计等方式减少生化污染物的危害,为患者和医生提供安全的舱室环境.方法:应用计算流体动力学方法对具有超压防护功能的机动手术舱室污染物运动扩散进行了仿真研究,分析了在超压防护系统工作前后两种状态下,污染物在室内的运动扩散及其对舱室内人员的影响.结果:在外部气态污染物浓度为5 mg/L的条件下,超压防护系统工作前,在10 s时呼吸区污染物达到最大浓度0.21 mg/L;超压防护系统工作后,在125 s时呼吸区污染物最大浓度达到0.01 mg/L的安全阈值.在整个计算过程中,污染物最大浓时积为0.1 mg·min/L,最小浓时积为0.011 mg·min/L.结论:机动手术舱室超压防护系统可以有效地将其工作前扩散到室内的气态污染物进行稀释,使室内人员周围不产生局部高浓度区,减小污染物对室内人员的影响.     

波浪式生物反应器温度控制系统模糊PID算法设计及simulink仿真

目的：设计一种波浪式生物反应器温度控制策略。方法根据波浪式生物反应器温度控制精度及响应速度要求,将传统的比例积分微分（ PID）控制方法与模糊控制方法结合,利用模糊控制方法实时在线调节PID控制的参数,增强温度控制策略对温度的调节性能。结果设计出模糊PID控制器,并与传统PID控制器进行仿真比较。结论模糊PID控制法较传统PID控制法有较小的超调以及较短的稳定时间,说明模糊PID控制具有更高的温度控制调节性能。     

CT仿真内窥镜诊断胆囊息肉的临床研究

目的评价CT仿真胆囊内窥镜(CTVEGB)对胆囊息肉的显示能力和临床应用价值。方法选择32例经手术病理证实的胆囊息肉患者，口服对比剂行胆囊CT仿真内窥镜成像并与彩色超声（简称彩超）比较。结果彩超检出93/96枚（96.9%）,CTVEGB检出90/96枚（93.8%）(χ2=0.466,P>0.05)。CTVEGB比彩超可更精确显示息肉的三维形态，并可在三维空间以任意角度观察，对息肉病变大小、形态、部位的显示与彩超检查及手术病理结果具有良好的对应性。结论CTVEGB可作为1种准确而无创伤性的检查方法，具有较高的临床应用价值。     

CT仿真支气管镜的研究进展

CT仿真内窥镜技术是20世纪90年代影像医学的重大发展.实现了CT对于气管、支气管等管道结构的腔内成像.本文从CT仿真支气管镜的技术进展、诊断价值及临床应用等方面进行综述,并探讨其临床应用前景.     

左心室心肌局部缺血的生物力学模型及计算机仿真研究

目的 研究心肌局部缺血的生物力学机制,探讨局部缺血时心室不同部位心肌纤维收缩功能变化。方法 以左室外部形状、心肌纤维的空间分布方向、电信号传播和心肌力学为基础,建立了左室心肌局部缺血的时变数学模型。然后将该模型嵌入我们已有的多元循环系统模型,分别仿真研究了内、外心室壁缺血时左室收缩力变化。结果 缺血区域心肌收缩力降低,非缺血区域收缩力显著增加;与心室壁外层心肌缺血相比,内层心肌缺血时对左室收缩功能影响更大。结论 心肌局部缺血时正常心肌区域具有代偿作用,以维持心脏的正常功能;本工作建立了左室心肌局部缺血与心血管系统功能关系的模拟实验方法。     

模拟航海刺激对大鼠丙泊酚麻醉敏感性的影响及机制探讨

目的 探讨模拟航海刺激对大鼠丙泊酚麻醉敏感性的影响,为海上环境下丙泊酚的合理使用提供依据.方法 以大鼠条件性厌食症作为判断指标,采用仿制Crampton旋转刺激器制作大鼠运动病模型.研究包含两部分:(1)150只SD大鼠按数字表法随机平分为对照组和旋转组,再根据丙泊酚使用剂量不同将2组大鼠分为150、200、250、300、400 mg/kg 5个亚组(每组n=15),观测大鼠活动和行为变化、大鼠入睡率、睡眠潜伏期、睡眠持续时间等.(2)32只SD大鼠按数字表法随机分为对照组(Ⅰ组)、旋转组(Ⅱ组)、麻醉组(Ⅲ组)和旋转后再麻醉组(Ⅳ组),每组8只,分别检测4组大鼠之大脑皮层、下丘脑和海马组织的乙酰胆碱、去甲肾上腺素、γ-氨基丁酸及谷氨酸含量.结果 在150 ～250 mg/kg范围内,随着使用剂量的增加,丙泊酚对大鼠的镇静作用逐步加强(P＜0.01).当丙泊酚剂量为150、200、250 mg/kg时,旋转组和对照组大鼠睡眠持续时间分别为(21.33±8.08)、(67.67 ±21.07)、(97.38±23.79) min和(13.15 ±7.64)、(42.60 ±20.79)、(73.40±21.28) min,组间比较其差异均有统计学意义(P＜0.01).中枢神经递质的变化趋势是:在大脑皮层和下丘脑组织,Ⅱ组主要体现为升高,Ⅲ组主要表现为降低,Ⅳ组则有“强化”Ⅲ组的作用,使各神经递质数值更进一步降低;在海马组织,与Ⅰ组相比,其他各组神经递质均有降低,其均值为Ⅰ组＞Ⅱ组＞Ⅲ组＞Ⅳ组.结论 在临床常用剂量(150 ～ 250 mg/kg)范围内,模拟航海刺激可明显增加大鼠对丙泊酚麻醉的敏感性,但其作用机制尚需进一步研究.     

矩阵式太阳辐照模拟实验系统的设计与研制

目的 设计研制矩阵式太阳辐照模拟实验系统,用于开展装甲车辆舱室热舒适性测试、评价与控制技术研究.方法 以氙灯作为光源,设计可升降的矩阵式灯阵,结合计算机自动控制功能,实现整车的太阳辐照模拟.结果 系统可对装甲车辆顶面和左、右侧面进行辐照,辐照度在200~1200 W/m2范围内可连续变化,辐照面积和工作高度可根据车型大小和高低进行调整.结论 该系统可满足不同型号装甲车辆的太阳辐照模拟实验,为开展装甲车辆舱室热环境相关研究奠定了实验基础.     

髋臼骨折分类三维仿真模型的建立及意义

目的 探讨建立髋臼骨折Letournel-Judet分类的三维数字仿真模型的方法及意义. 方法 对1名健康女性志愿者行骨盆16排螺旋CT扫描,所得Dicom格式的数据应用Mim-ics 10.01软件处理,重建出髋骨模型.依据髋臼骨折Letournel-Judet分类的标准模拟出各型骨折,各骨折块用不同的颜色表示.对骨折模型进行截图保存,并输出影片模式.5名骨科医师和10名医学生对比髋臼骨折Letournel-Judet分类三维骨折模型与二维平面示意图,给予初步评价.结果髋臼骨折Letournel-Judet分类三维模型形态逼真,立体感强,具有良好的视觉效果,可以从任意的方位和角度观察和截图,相对应的影片可以360°旋转观看骨折情况.4名骨科医师和9名医学生认为三维数字骨折模型更有利于理解骨折分型. 结论 髋臼骨折Letournel-Judet分类的三维数字仿真模型具有直观、立体、逼真、动态等特点,有利于临床工作及医学教学.     

Prototype system for an MR simulation of intracavitary brachytherapy for cervical cancer: Preliminary results in six cases

We report a newly developed MR simulation system for intracavitary brachytherapy for cervical cancer and subsequent treatment results. MR simulation was performed on six patients. The spatial relationship of the tumor to the bladder, rectum, bowel, applicators, etc. was depicted well. Doses to the tumor and surrounding normal tissues were read from isodose curves superimposed on the T2-weighted sagittal image. This system promises to be useful in customizing the dose distribution.     

虚拟器械及脑动脉瘤模型在介入术前模拟中的价值

目的探讨器械及脑动脉瘤的虚拟三维模型在神经介入术前模拟中的作用。方法在标准脑动脉瘤虚拟三维模型基础上，结合个体化的DSA资料，应用三维造型软件3DStudio MAX R3创建虚拟的个体化脑动脉瘤模型，并建立虚拟的导丝、导管、支架和弹簧圈，在计算机上进行神经介入手术前的模拟研究，并与3例患者的实际手术结果进行比较。结果3例术前模拟确定的工作角度、导管导丝头端塑型的角度均与手术结果相同；2例（前交通动脉瘤和后交通动脉瘤各1例）所需弹簧圈数目、尺寸的模拟结果与手术结果相同，1例（颈内动脉巨大动脉瘤）瘤体的弹簧圈模拟结果比手术结果多2枚3mm×3cm的三维弹簧圈，并且术中对瘤颈第2枚弹簧圈的释放进行了实时模拟调整；术后回顾性模拟显示对于瘤体较规则、体积较小的动脉瘤，其模拟方法可作为常规的模拟训练手段，对于体积较大的动脉瘤，其模拟训练方法尚需积累更多经验。结论由软件方法建立的虚拟器械及个体化的虚拟脑动脉瘤模型为神经介入的术前模拟、术中指导及介入操作技术培训提供了一种新的工具．对开展神经介入手术具有重要的实用价值。     

Predictive simulation of diabetic gait: Individual contribution of ankle stiffness and muscle weakening

Diabetic neuropathic individuals present massive muscle strength reduction at the ankle plantar- and dorsiflexors and increased joint stiffness. Our aim is to investigate the adaptation strategies to these musculoskeletal alterations during walking by means of predictive simulations. We used a seven segment planar musculoskeletal model actuated by eight Hill-type muscles in each leg. The effect of all passive tissue in muscles and other joint structures was modeled by net passive joint moment curves. The predictive simulations were generated by solving an optimal control problem that minimized a cost function, including effort and tracking terms, using direct collocation and a commercial optimal control package. We simulate four conditions to represent the weakening of the distal muscles triceps sural (TS) and tibialis anterior (TA), and five conditions to represent the effect of increasing nonlinear ankle stiffness in flexion. The weakening of the distal muscles leads to a delayed action of the TS and a progressive decrease of the gastrocnemius peak force in the push-off phase. This distal deficit is compensated by a larger hip flexion moment resulting from an increase in the iliopsoas muscle force in this phase, known as the hip strategy. The adaptation mechanisms observed in response to an increase in ankle stiffness include the hip strategy and the exploitation of the passive joint structures as springs, which store energy during midstance and release it during push-off, reducing TS force and power in this phase and leading to a consistent decrease in the overall muscle force levels.     

Effects of bag holding with one hand on lower leg muscles and postural control

Abstract This study examined the influence of holding a load with one hand on the tissue oxygenation kinetics in the flexor digitorum superficialis muscle of the forearm, the electromyographic responses in the lower leg antigravity muscles, and the center of foot pressure (COP) sway. Ten healthy young men participated in this study. They kept an upright standing posture while holding a load with the dominant hand under four load weight conditions (0%, 15%, 30%, and 45% of maximal voluntary contraction (MVC) of the jerk strength). Sway factors were mainly significantly higher at 45% MVC than the other conditions. There was little relationship between tissue oxygenation kinetics in the forearm and COP sway during upright standing posture. Holding a load below 30% MVC did not affect postural stability. When holding a 45% MVC load, activities of the antigravity muscles of the lower leg on the side holding bag largely increased, fatigue in antigravity muscles of both legs was induced, and these phenomena increased wiggling and quick body sway.     

Simulation and experimental study of respiratory motion effect on image quality of single photon emission computed tomography (SPECT)

The effect of respiratory motion on the image quality of single photon emission computed tomography (SPECT) was investigated by computer simulation and experimentation. In the computer simulation, the phantom was assumed to be cylindrical with a uniform background and a spherical cold or hot spot. To simulate respiratory motion, a cyclic linear motion parallel to the axis of rotation of a gamma camere was assumed. The contrast in the transaxial images was calculated for various respiratory amplitudes and its dependence on lesion size and object contrast was investigated. In the experiments, a moving phantom was used to simulate respiratory motion. The simulation and the experimenal results were in good agreement within the range of statistical error. The effect on the lesion detectability was investigated using receiver operating characteristics (ROC) analysis, and a method for correcting respiratory motion was devised.     

Design and simulation of GaN based Schottky betavoltaic nuclear micro-battery

The current paper presents a theoretical analysis of Ni-63 nuclear micro-battery based on a wide-band gap semiconductor GaN thin-film covered with thin Ni/Au films to form Schottky barrier for carrier separation. The total energy deposition in GaN was calculated using Monte Carlo methods by taking into account the full beta spectral energy, which provided an optimal design on Schottky barrier width. The calculated results show that an 8 μm thick Schottky barrier can collect about 95% of the incident beta particle energy. Considering the actual limitations of current GaN growth technique, a Fe-doped compensation technique by MOCVD method can be used to realize the n-type GaN with a carrier concentration of 1×10¹⁵ cm⁻³, by which a GaN based Schottky betavoltaic micro-battery can achieve an energy conversion efficiency of 2.25% based on the theoretical calculations of semiconductor device physics.