人工肛门括约肌无线供能系统设计与优化

基于电磁耦合原理,针对人造肛门括约肌系统,设计了一套无线供能系统.该系统主要包括无线能量发射端、接收端、整流模块、稳压模块和充电模块.研究了发射端的发射频率(40～120 kHz)对传输功率的影响,进而优化了稳压模块,并比较了锂电池充电效果.结果表明:在一定发射频率范围内,无线供能传输效率随着发射频率的增大而升高;发射频率为120 kHz时,传输效率可以达到57.47%,接收功率为1.12 W;锂电池能快速充电,为人造肛门括约肌系统提供稳定能量保障.     

人体全消化道生理参数遥测胶囊体外连续跟踪定位方法

介绍了目前国际上常用的体内目标的定位方法即放射性同位素扫描和电磁场定位,分析了各自的优缺点,在此基础上提出利用目标体内密封的永久磁铁为磁标记物,在体表处检测多点磁场强度,并采用遗传算法解决非线性方程组的求逆问题从而获得胶囊在体内的位置和方向信息,实现目标在体内的连续定位.仿真实验表明,该方法定位精度在毫米级,完全满足实际应用需求.     

Localization of a Robotic Capsule for GI Motility Inspection with a Portable Ultrasonic System

IntroductionResearchesonmicromedicaldeviceandmicromedicalrobot,especiallytheinvivoinspectionsystemworkinginalimentarycanalorinbloodvesselwithlittledamageornondamagetohumanbodyhavebeenundertakenandreportedbyexpertsinmanycountries.Thesesystemsusuallyownmanyadvantagessuchas:smallvolume,lowpowerconsumption,littleinterferencetoworkingsurroundings,socangreatlyenlargethescopesofmedicalexaminationandrelievethepatientsofdiscomfortcausedbynormalprocedures.Thecapsuleendoscope“NORIKAsystem”developedby…     

肠道内窥镜活检机器人系统

基于肠道活检诊疗任务,设计了气囊钳位和活检机构,研制出肠道胶囊内窥镜机器人,完成了在肠道中的自主运动、视频检查和活检取样任务,并通过实验检测了肠道活检机器人系统的性能.结果表明:采用花瓣气囊能够减小容积,缩短打气时间,并使钳位力提高至1.56N;所用活检钳的剪切力大于10N,且活检过程可视、动作可重复;在无线供能条件下,所研制的系统运行稳定.     

人工肛门括约肌系统便意感知重建

针对现有人造肛门括约肌系统在便意感知功能上数据获取方式和分析方法的缺陷,设计了一个便意感知重建系统.该系统主要包括传感器模块、数据采集存储模块的设计以及数据分析算法.通过多传感器与数据采集存储模块的配合重建患者直肠表面压力的分布变化情况,并提出基于主元分析(PCA)法和支持向量机(SVM)的便意预测模型(PCA-SVM).结果表明:上臂轴向和径向以及中臂径向位置的压力信号与便意产生有显著联系,选择基于高斯核函数的SVM算法,取惩罚因子C=0.059 5和核函数宽度σ=0.953 6对有效压力指标向量进行便意分类预测,与前馈神经网络模型相比,具有较高的预测准确度,满足人造肛门括约肌系统便意感知功能的要求.     

肠道机器人无线能量发射系统优化设计

为了提高肠道机器人无线能量发射系统性能,对能量发射系统进行了理论建模及优化设计.基于UCC3895芯片移相控制的全桥串联谐振电路设计了适用于大尺寸发射线圈、大驱动电流条件的无线能量发射电路,以达到工作稳定及频率和功率可调节的目的;建立了发射线圈交流电阻、自感及寄生电容参数的数值计算模型;使用单股利兹线绕制直径为69cm的单层发射线圈,并根据线圈解析模型,通过线圈匝数的可行域分析确定了发射线圈结构参数.结果表明,在工作频率为218kHz时,所设计的能量发射系统的传输功率最大可达650mW,传输效率为3.60%,能够满足肠道机器人的功率需求,从而提高了系统的适用性.     

Accuracy and Electromagnetic Safety Evaluation of a Portable Electromagnetic Localization System for Micro Invasive Medical Devices in Vivo

Aiming at localizing the telemetric capsule for detecting gastrointestinal physiological parameters in vivo accurately, a portable alternating current ( AC ) electromagnetic localization system is designed. To verify the feasibility of the method, the model and construction of the localization system are detailed. And static and dynamic accuracy of the localization system are tested by experiments. Next, we compare the simulating results of the electromagnetic radiation aroused by the localization system with the electromagnetic safety standards of human (ICNIRP guidelines and IEEE standard C95. 1 - 1991).Finally, in terms of the results of the static and dynamic experiments, conclusions are drawn that the accuracy of portable positioning system is high (less than 10 mm)enough to satisfy the localization need of the micro invasive medical devices in vivo, and there is no harm of electromagnetic radiation to human.     

人体全消化道生理参数遥测胶囊体外连续跟踪定位方法

介绍了目前国际上常用的体内目标的定位方法即放射性同位素扫描和电磁场定位，分析了各自的优缺点，在此基础上提出利用目标体内密封的永久磁铁为磁标记物，在体表处检测多点磁场强度，并采用遗传算法解决非线性方程组的求逆问题从而获得胶囊在体内的位置和方向信息，实现目标在体内的连续定位．仿真实验表明，该方法定位精度在毫米级，完全满足实际应用需求．     

基于电磁感应的遥测式三维定位系统

为了对全消化道生理参数诊查胶囊在人体内的三维位置进行连续跟踪,提出了基于电磁感应原理的定位新方法.在人的体表布置6个励磁线圈,采用正弦电流分时激励,在空间产生交变磁场,并在诊查胶囊内封装感应线圈.通过获得感应线圈上的感应电动势,结合定位模型和微粒群算法,可反求诊查胶囊的空间方位.实验表明:定位系统工作稳定,获得了较高的定位精度.