经心尖人工腱索植入器械的优化设计与分析

目的 针对Ⅱ型中度二尖瓣反流患者,优化设计人工腱索的植入器械,同时对腱索的固定方式进行实验研究.方法 搭建二尖瓣叶撕脱力实验平台,测量分析3种人工腱索固定方式下的最大撕脱力,并通过有限元分析结果加以验证.结果 人工腱索加垫片的固定方式可承受更大的纵向撕脱力,最大撕脱力提高约47.4％(A2瓣叶)、71.9％(P2瓣叶)...     

内镜柔性器械腱鞘传动模型及实验研究

目的 建立内镜柔性器械腱鞘系统的推力传动模型,研究影响传动效率的关键因素。方法 建立腱鞘系统在器械推送作用下力和位移的传动模型并进行仿真计算;搭建腱鞘系统传动测试的实验平台以验证模型的准确性,研究传动速度、腱鞘直径比、弯曲半径等对传动效率的影响。结果 腱鞘传动过程中存在显著的非线性传递现象,传动模型仿真与实验结果基本符合;传动速度、腱鞘直径比、弯曲半径均对内镜柔性器械的推力传动有较大影响,对位移传动的影响相对小一些。结论 该模型可用于内镜柔性器械中腱鞘系统推力传动的计算,提供给医生器械工作末端的力反馈,以保证器械的安全操作和提高手术效果;在内镜柔性器械的精准控制中需要综合考虑传动速度、腱鞘传动比、弯曲半径等对运动传递的影响。     

基于密集网络改进的肺结节良恶性分类模型

目的 探讨改进后的卷积神经网络模型对肺结节进行良恶性分类的准确率。方法 以分类模型密集网络（DenseNet）为基础模型,采用中间密度投影方法将肺结节的三维信息输入卷积神经网络进行训练,并针对肺结节良恶性分类问题适应性改进神经网络结构,将传统损失函数Cross Entropy Loss替换为Focal Loss,使网络能着重学习难以分辨的肺结节。结果 改进后神经网络模型对良恶性肺结节分类的准确率为89.93%,曲线下面积为0.947。结论 适应性改进后的卷积神经网络模型判断良恶性肺结节准确率较高。     

MR图像纹理特征融合诊断前列腺癌

目的 探讨三维空间自适应局部三元模式（LTP）纹理特征、常规纹理特征以及灰度统计特征融合用于诊断前列腺癌的价值。方法 从MRI中分割出前列腺外周带,提取自适应LTP融合纹理特征纹理特征、常规纹理特征和灰度统计特征,采用Adaboost算法分别获得每个特征族群以及3个族群特征融合的模型,计算对前列腺癌的诊断效能。结果 三维空间自适应LTP融合纹理特征诊断前列腺癌的AUC为0.79±0.04,敏感度为78.31%（65/83）,特异度为80.81%（80/99）,准确率为79.67%（145/182）;常规纹理特征诊断前列腺癌的AUC为0.71±0.04,敏感度为72.29%（60/83）,特异度为81.82%（81/99）,准确率为77.47%（141/182）;灰度统计特征诊断前列腺癌的AUC为0.80±0.04,敏感度为78.31%（65/83）,特异度为82.83%（82/99）,准确率80.77%（147/182）;融合特征诊断前列腺癌的AUC为0.87±0.04,敏感度为86.75%（72/83）,特异度为88.89%（88/99）,准确率为87.91%（160/182）。结论 通过融合局部三元模式特征、常规纹理特征、灰度统计特征,可有效提高诊断前列腺癌的效能。     

钳齿形貌对腹腔镜夹钳安全性的影响

目的:对比不同齿形腹腔镜夹钳的夹持效果,以确定其各自安全夹持组织的能力,为夹钳优化设计提供参考。方法:通过ANSYS有限元分析,对比梯形齿、钉形齿、直角楔形齿、等腰楔形齿4种齿形钳头压缩量和牵拉效果关系,并通过应变云图分析夹持能力不同的原因。以钳头夹持组织不损伤、不滑脱为判断标准,评价各齿形夹持能力。结果:直角楔形齿具有最优越的安全夹持能力,钉形齿最容易损伤组织,且其安全牵拉能力最差;梯形齿安全牵拉能力与等腰楔形齿相近,但等腰楔形齿安全压缩量更优。齿数对牵拉效果影响明显。结论:腹腔镜夹钳夹持能力取决于钳齿形貌和齿数,安全夹持性由最大应力和钳制能力共同决定。峰值应力大的齿形并不表示夹持能力强,牵拉能力应考虑钳制变形能力。     

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。     

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。     

三螺旋人工腱索结构的力学性能仿真验证

基于真实心脏二尖瓣腱索结构,利用仿生学类比方法提出整体三螺旋人工腱索等效替代模型,应用ABAQUS对其进行模拟拉伸测试,并与真实拉伸试验下猪心二尖瓣腱索(边缘腱索、基底腱索与支撑腱索)的力学性能进行对比分析,从而验证此等效模型的可行性与有效性。结果表明:三螺旋人工腱索结构所能承受的最大应力与实际试验中的平均最大应力一致,且相应腱索种类的拉力位移曲线与试验曲线基本相符。本研究提出的三螺旋人工腱索结构接近于真实腱索特性,可缓解二尖瓣膜上应力集中现象,为人工腱索材料的结构改进指明了新方向,同时,仿真过程对有限元模拟生物软组织拉伸性能模块提供了参考价值。     

阅读辅助机器人取书装置设计

背景:康复辅具是利用辅助技术将辅助器具产品配置于残障者,最大限度实现生活自理和参与社会活动.目的:分析了国内外阅读辅助机器人的研究现状,并对该领域的一些关键技术进行探讨,并设计出了一种新型取书装置.方法:依据阅读辅助机器人的发展特点和应用背景,设计一种阅读辅助机器人的取书装置,帮助肢体残疾者从书架上获取书籍.结果与结论:基于三维设计软件UG设计了阅读辅助机器人的取书装置.通过运动仿真,功能满足拟人化,能够完成取书的动作.仿真表明该装置可靠安全,有效可行.     

新型射频组织焊接电极的设计、仿真与实验研究

目的 设计一种新型射频组织焊接电极,提高吻合口生物力学强度的同时减少组织热损伤。 方法 设计表面存在镂空结构的新型电极(梅花形电极),以环形电极作为对照组,在射频能量作用下完成肠道组织焊接,通过撕脱力和爆破压测试研究焊接吻合口的生物力学特性,采用有限元电-热-力多场耦合仿真分析和热电偶探针研究焊 接过程中的组织热损伤,并对微观组织结构进行检查。 结果 当焊接功率 120 W、焊接时间 8 s、压合压强 20 kPa时,肠道吻合口呈现最优的生物力学特性。 与环形电极对照组相比,梅花形电极组吻合口生物力学强度更高,撕脱力和爆破压分别从(8. 62±1. 22) N、(81. 7±3. 36) mmHg 增加到 (9. 54±1. 24) N、(89. 4±4. 15) mmHg,且组织热损伤显著减少,组织微观结构连接更为紧密。 结论 该新型电极在提高吻合口生物力学强度的同时可减少组织热损伤,进而实现更好的吻合效果。 研究结果可为实现人体管腔组织的无缝连接提供参考。