双轴驱动式人造肛门括约肌系统经皮无线供能

作为植入式医疗设备的一种,双轴驱动式人造肛门括约肌(BAAS)系统的经皮无线供能(TET)系统在植入活体后,受到增生包裹等体内环境的影响,面临耦合性能明显低于体外实验的问题,降低了其在医疗中的实用价值.结合现有BAAS的TET系统实验结果,针对受增生包裹导致的传输角度等问题,对现有TET系统的参数进行分析研究,得出了传输角度与传输效率的关系曲线.实验结果表明,在传输距离为30 mm时,传输效率仍可达到60%以上.在传输距离为30 mm条件下,传输角度为20°时,传输效率的均值可达到66.65%;传输角度为30°时,传输效率的均值可达到59.96%.发射线圈充电温度最大值为23℃,充电温度不会对人体造成低温烫伤的情况,满足BAAS系统性能要求,达到了在传输距离较远时仍可高效率传输能量的目的.     

人造肛门括约肌经皮无线供能系统安全性及相容性分析

通过仿真与实验相结合,对人造肛门括约肌经皮无线供能系统的生物安全性问题及植入后的生物相容性问题进行研究.生物安全性研究基于生物电磁辐射量仿真及供能时的温升情况.生物相容性研究基于活体实验中供能系统周围组织切片染色实验结果.生物安全性研究结果表明,经皮无线供能系统在谐振频率为110 kHz,发射端输出功率为10 W的实验环境下,生物电磁安全性优异,局部比吸收率远低于国际人体电磁安全标准;且经过30 min的快速充电,系统温升仅为2.81℃,低于温升阈值4.8℃,具有较好的温控安全性.无线供能系统的切片染色实验结果表明,采用聚醚醚酮外壳能够显著减少免疫排斥,提升系统的生物相容性.     

新人工肛门括约肌系统低功耗设计与优化

以新人工肛门括约肌系统硬件为基础,分析各模块功耗,经过低功耗设计与采样周期的合理设置,将系统功耗显著降低.同时,以肠道压力波形下面积大小为便意判断标准,代替单点压力阈值法,为肛门失禁患者提供如厕依据,进而提高便意感知功能准确性.结合离体与活体实验,所研究的人工肛门括约肌低功耗设计可使系统单次充电后工作时长延长至16d,...     

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.     

人工肛门括约肌性能与生物相容性的动物实验

设计动物实验,验证优化设计后人工肛门括约肌系统功能性和生物相容性.实验分别在术前和术后第1、4d,第1、2、4、5周,从2条Beagle犬颈静脉抽取血样进行血清化学分析.分析参数包括:总蛋白,白蛋白,总胆红素,天冬氨酸转氨酶,尿素氮,肌酐酸和高敏C反应蛋白.实验结果表明:系统各模块功能正常,肝功能指标总胆红素含量正常,天冬氨酸转氨酶术后略高于正常范围,术后2周恢复正常;肾功能指标尿素氮正常,肌酐酸含量在正常范围内波动;总蛋白和白蛋白含量术后虽有波动,但均恢复至正常范围;炎性因子高敏C反应蛋白含量未发生变化,表明体内无感染炎症现象;各血样指标显示人工肛门括约肌对Beagle犬生理功能并未造成不良影响.     

仿生人工肛门括约肌假体的机构设计和实验验证

为模仿耻骨直肠肌牵引直肠形成肛肠角以实现控便,设计了一款基于三环式结构的仿生人工肛门括约肌假体.采用高度集成的减速器将电动机驱动由内向外输出,使用O型圈实现旋转部件的动密封;自制密封性良好的传感器来测量肠壁受力;进行力学性能测试、防水实验和动物实验以验证假体功能.结果表明:假体的总传动效率为49%～59%,输出转矩为2.04～2.51 N·m,单个行程响应时间为10 s;柔性压力传感器的输出和其所受压力之间具有良好的线性度;当假体对肠道径向的闭合压力为6.6 kPa时,可在直肠腔内维持98 cm高度的水柱不渗漏;假体在经历4 050次开关运动后仍不发生渗漏;植入假体可有效避免肠吻合术,并可在动物体内进行有效控便、排便.实验结果验证了所设计的仿生人工肛门括约肌假体是一种能有效控便且整体防水性能良好的机电一体化机构.     

微波无线输能技术研究进展与系统设计

微波无线输能(microwave wireless power transmission, MPT)技术应用于不易获取直流电能的场合, 是研制太阳能卫星、近空间飞行器的关键技术, 也可应用于无线传感器网络节点供能及环境低微微波能量的回收. 比较了微带线型和共面带状线型2种典型整流天线的单元和阵列性能, 提出了对接收天线和整流电路的要求; 以获得最大微波波束捕获效率为目标, 分析了发射天线拓扑结构及高斯削尖口径电平分布. 在研究以上关键技术的基础上设计了一套C波段微波输能系统, 该系统从发射端到接收端的直流-直流效率为35%. 最后指出了微波无线输能技术存在的问题和未来发展方向.     

基于经皮能量传输的人工肛门括约肌生物电磁相容性研究

针对人工肛门括约肌的生物电磁相容性问题,通过对人体断层照片进行图像分割实现了组织的划分和识别,建立了包含40种生物组织的人体电磁模型.运用时域有限差分法,计算了经皮能量传输系统对生物组织产生的辐射剂量,获得了人体不同组织在该电磁场中的比吸收率分布情况,并根据国际人体电磁安全标准对其进行了深入分析.仿真结果表明,经皮能量传输系统在发射功率为1.5W,谐振频率为358kHz的实验环境下对人体组织具有良好的生物相容性.     

一种经皮无线供能系统

研究了一种经皮无线供能系统.首先通过电路分析得到系统电压增益和传输效率等特性函数,同时根据经皮无线供能典型技术参数进行特性分析,在此基础上设计了基于能量注入的变频恒压控制方案,使得无线供能系统在负载和传输距离变化时始终高效率运行.搭建了经皮无线供能的实验系统,实验结果验证了理论分析和设计方案的正确性,在固定传输距离的整...     

胶囊内窥镜无线供能模块的研制

为了解决无线胶囊内窥镜电池供电不足的问题,研制了一种供能模块,在体外通过电磁感应方式为体内的胶囊内窥镜进行无线供能.针对胶囊内窥镜在人体内姿态的不确定以及微型化的特点和要求,设计、制作了合适的能量发射和接收装置,并通过实验对能量传输效果进行了验证.结果表明:当发射功率为18 W、在胶囊内窥镜姿态任意变化的情况下,无线供能模块能提供至少150mW的能量,且接收装置的空间尺寸仅φ10 mm×11 mm.在此基础上,研制出的胶囊内窥镜样机在离体实验中得到了清晰的猪小肠图像.     

经皮无线供能系统多物理场仿真技术

为了研究人工心脏经皮无线供能系统各电路电量与物理场场量之间的相互关系以及系统生物安全性,提出了一种多物理场仿真研究方法。该方法基于COMSOL仿真软件建立了经皮无线供能系统的电-磁-热多物理场耦合模型,模型包括电路模型和几何模型,电路模型主要包括逆变电路、补偿电路和整流滤波电路,几何模型主要包括发射线圈、接收线圈以及人体皮肤生物组织模型。通过仿真计算获得经皮无线供能系统在谐振和非谐振状态下各电路的电流、电压波形以及生物组织安全性指标比吸收率、场强和温度的数值,并参照国际人体电磁安全和人体生理学标准进行安全性评估,该研究为人工心脏经皮无线供能系统的设计和优化提供了有力的分析工具。     

直肠肛门内外括约肌压力检测仪获中国专利

由我校李哲英、陈同占等设计的“直肠肛门内外括约肌压力检测仪”获中国专利,专利号为9122436.7.肛肠科疾病是一种常见和多发性疾病,直肠肛门内外括约肌压力的大小及变化是大多数肛肠疾病诊断以及手术效果检查的主要依据,特别是对肛肠连续多次刺激检查,对于诊断的正确性更具有重要意义.目前国内临床有的采用进口的多导生理仪,但其不能实现连续多次刺激检测,而且价格昂贵,体积大,不易推广,国内多数医生仍靠手指感觉     

浅析皮艇运动员有氧供能与无氧供能的训练

皮艇运动员的代谢供能是以有氧代谢为基础的混合性代谢供能,发展有氧供能系统与无氧供能系统对提高皮艇运动竞技能力具有十分重要的意义。本文阐述了发展有氧供能与无氧供能能力的训练方法,及应注意的几个问题。     

新人造肛门括约肌系统充电模块热分析与控制

仿耻骨式人造肛门括约肌系统(PAAS)采用经皮能量传输(TET)为集成在充电模块内部的锂电池进行充电,使系统可长期稳定地在活体内工作.很多体内实验表明,无线充电过程中产生的大量热量对PAAS植入后充电模块附近活体组织的生物安全性不利,故需对无线充电过程进行合理规划.本文通过分析充电模块内部各组件的热传导关系,建立充电模块内部热阻模型,并利用体外实验对该模型进行验证及修正,经修正后的模型可以可靠地描述充电过程中活体组织温度变化情况.基于修正后的模型,本文制定了体内实验过程中单次最大连续无线充电时间,从而提高体内实验中PAAS的生物安全性,进而延长PAAS植入时间.     

基于电磁感应的消化道内微系统的无线供能

针对人体消化道内微小系统,提出了利用电磁耦合进行无线能量传输的方法.体外发射线圈围绕在腰间,产生交变磁场,体内微小接收线圈产生感应电压,两线圈耦合从而实现能量传输.基于线圈耦合电路模型,推导了弱耦合条件下能量传输效率公式和效率最大化条件.对比分析了两种电路结构,给出了提高能量传输效率的根本途径.实验验证了方案的可行性和能量传输效率公式的正确性.结果表明,200 mW功率能够可靠传输,效率达1.31%.     

MEC系统中基于无线供能的多用户任务调度算法

节能且高效的计算是移动用户设备的必然趋势,针对无线供能的边缘计算网络,提出了一种多用户卸载决策及任务调度算法。在多用户二进制计算卸载模式下,通过联合优化无线供能时间、边缘用户的卸载决策及任务调度建立一个系统执行最大时延最小化的优化问题。由于该优化问题是一个混合整数的非凸优化问题难以求解,设计了一种两层交替迭代的求解方案,第一层采用贪婪算法或基于改进的约翰逊算法,求解出在给定无线供能时间下的用户卸载决策和任务调度,第二层基于黄金分割法求解出最优的无线供能时间。仿真结果表明,算法收敛速度快,并且有效降低了整个系统任务的执行时延。     

保留肛门外括约肌治疗低位直肠癌43例

本术式特点是将内批约肌、直肠全部切除．手术切除范围广泛，能获得较满意的排便功能。戍形结肠排起到类似直肠的托储作用。操作简单、安全、效果好，是治疗低位直肠癌保留肛门功能的一种新术式。     

肠道机器人无线供能的混合式三维发射线圈特性研究

在不同位置和姿态下,为满足肠道机器人通过无线方式稳定获取能量的需要,同时尽可能减小肠道机器人的体积,需要发射线圈具有产生空间多维磁场的能力.提出一种混合式的发射线圈结构,采用亥姆霍兹线圈对与鞍形线圈对组合的方式,其结构紧凑并可利用自身的对称性,能够通过旋转产生无死区的三维空间磁场.对两种线圈形式的特性以及组合后的特性分别进行分析.仿真和实验结果表明,在2 A电流激励下,在线圈中心处具有最低3.44%的传输效率和1 204 mW的接收功率,位置均匀性最低为88.1%,能够实现能量的空间三维覆盖.     

无线数据采集系统设计

随着人类社会的发展与进步,人类对无线通信的依赖程度越来越高。无线通信以其不需铺设明线,使用便捷等特点,在现代通信领域占据重要地位。在无线通信领域,越来越多的通信产品大量涌现出来,但设计无线数据采集产品往往需要相当的无线电专业知识和价格高昂的专业设备,因而影响了用户的使用和新产品的开发。nRF2401是一个为2.4GHz ISM频段设计无线收发芯片,它为短距离无线数据采集应用提供了较好的解决办法,使用nRF2401降低了开发难度,缩短了开发周期,使产品能更快地推向市场。主要可以应用于无线会议系统;汽车轮胎气压检测系统;室内控制家用电器;流量检测;水电表计量采集和医学领域等!     

无线点菜系统设计

介绍了无线点菜系统的功能和工作原理，提出了一种可行的设计方案，它是由一台PC机、打印机及多台菜谱仪构成的一个局部无线网络。介绍了无线点菜系统的工作流程，并对系统各种功能模块进行了详细的分析，然后对该系统的实现原理进行初步的论述。