摘要：为了满足临床助产的需求并解决传统产钳与手动吸引器的不足,开发设计了一款闭环PID控制的电动胎头吸引器。ATmega128L单片机通过PID控制算法处理负压传感器反馈的负压信息,输出信号控制变频器,进而控制负压泵对负压进行精准控制。同时本系统还具有实时屏幕负压信息显示,紧急一键泄放负压,负压异常声光报警等功能,这使得医护人员能够更加放心高效的操作。实验分别采用市场上常用的启停式控制与本系统使用的PID算法控制进行对比,测试结果表明该系统PID算法控制更加准确高效;在重复性实验中,分别以-40、-50和-60 kPa为目标值测试,测试均值分别为-40.21±0.66、-49.67±0.87和-60.57±1.24 kPa,测试结果表明该系统稳定性较好,能够满足临床助产需求。

摘要：目的:基于儿童膝关节MRI图像建立正常膝关节三维实体模型和球囊完全撑开膝关节的三维有限元模型,采用有限元法分析两种球囊撑开器(分开设计/一体化设计)对膝关节的生物力学影响。方法:使用医学建模软件建立儿童膝关节有限元模型,模拟儿童膝关节镜手术过程。建立两种球囊撑开器模型,对球囊模型施加不同的压力,探究分开设计时3种不同形状球囊和一体化设计时不同短轴尺寸球囊与膝关节软骨相互作用的应力分布情况,获得撑开方式的最优设计。结果:当撑开器与膝关节镜分开设计时,球状球囊对软骨的峰值应力影响较小;当撑开器一体化设计时,短半轴3.0 mm逐渐增大尺寸,环状球囊的应力峰值变化较小且软骨上的应力峰值较小,环状球囊短半轴取3.0 mm是一种较优的尺寸。结论:球囊撑开器可以有效撑开一定的膝关节间隙,撑开器一体化设计相比分开设计在术中对膝关节影响较小。本研究为球囊撑开器中球囊几何结构的设计提供理论依据,提高了半月板手术治疗的安全性。

摘要：目的:研究各参数在人工静脉瓣膜周期变化中对力学性能的影响,为人工静脉瓣膜的设计与优化提供参考依据。方法:采用光滑粒子动力学方法进行双向流固耦合仿真,研究包含2种材料(膨化聚四氟乙烯和猪心包),3种长度(5.0、7.5和10.0 mm)和3种厚度(0.050、0.075和0.100 mm)的瓣膜共18组模型,通过对比张开孔径、最大等效应力及回流情况判断3个因素对瓣膜的影响。结果:瓣膜材料为猪心包时达到更大的张开孔径,最大值为5.90 mm,所受最大等效应力更平稳;在张开阶段当瓣膜长度为7.5 mm、厚度为0.100 mm时,最大等效应力值最小;在关闭阶段瓣膜材料为猪心包,瓣膜长度为10.0 mm、厚度为0.100 mm时,最大等效应力最小;瓣膜厚度为0.075 mm能获得最好的抗回流效果。结论:在一定范围内减小瓣膜长度和厚度,增加瓣膜材料的弹性模量,能增加人工静脉瓣膜周期运动的稳定性。

摘要：目的研究基于Mimics软件的人工智能(artificial intelligence,AI)自动分割膝关节CT图像建模方法,旨在提高膝关节建模效率。方法选择3名志愿者膝关节CT影像,在Mimics软件中分别进行AI自动分割和手动分割图像并建模,记录自动建模时间。参考既往文献选择股骨远端和胫骨近端解剖标志点,计算与手术设计相关的参考指标,用Pearson相关系数(r)判断两种方法建模结果相关性,以DICE系数分析两种方法建模结果一致性。结果经自动及手动分割图像均成功构建膝关节三维模型。3个膝关节自动分割建模所需时间分别为10.45、9.50、10.20 min,较既往文献中手动分割建模(64.73±17.07)min缩短。相关性分析示手动和自动分割生成的模型之间存在强相关性(r=0.999,P<0.001)。3个膝关节股骨DICE系数分别为0.990、0.996和0.944,胫骨分别为0.943、0.978和0.981,提示手动与自动分割建模一致性程度高。结论在Mimics软件中可采用AI分割图像方法快速建立有效的膝关节三维模型。

摘要：为了改善目前血泵用电机存在的稳定性差、效率低等问题,课题组设计了一种电枢直径为4.8 mm,转速为35000 r/min的血泵用空心杯微电机。结构上采用空心杯结构,以避免齿槽效应、减小涡流效应;基于ANSYS Maxwell有限元分析软件,采用RMxprt模块对空心杯电机进行了结构设计和性能分析,采用Maxwell3D模块建立了空心杯电机的三维有限元仿真模型,在此基础上通过静态磁场、空载和额定负载下的仿真,获得了空心杯电机工作状态下的电磁数据,并对该空心杯电机的电磁设计性能进行了分析。结果表明:实验所设计血泵用空心杯电机结构设计合理,电磁性能良好,空心杯电机效率约为79%。该研究为血泵用空心杯电机的设计与优化提供了参考。

摘要：为提高高速电动手术工具的转速和稳定性,本研究设计了一款转速为70000 rpm的永磁无刷直流电机。首先,对电机本体、位置检测电路和换相控制电路的主要组成部分进行结构选型,并计算各项电磁参数;其次,在Ansys Maxwell电磁仿真软件中绘制电机模型,进行稳态与瞬态有限元仿真,验证其性能;最后,采用响应曲面法,建立以定子内径、转子外径、永磁体厚度为优化变量,空载电流为优化目标的优化方程,并分析求解。结果表明,优化设计后的永磁无刷直流电机,空载电流降低了57.8%,有效提升了高速电动手术工具应用的可靠性。

摘要：随着高速电动手术工具使用量的日益增加,关于其核心部件——驱动电机的研究越来越广泛。永磁无刷直流电机因具有小巧高效、稳定可靠等特点,在该应用领域备受关注。该文介绍了永磁无刷直流电机的组成及优势,结合高速电动手术工具的临床应用需求,对永磁无刷直流电机本体、位置检测电路和换相控制电路的选型与优化设计方案进行了论述和比较,并指出了相应的关键技术难点与解决思路。最后对未来研究重点进行了总结与展望,为永磁无刷直流电机在高速电动手术工具中的设计研发提供理论参考。

摘要：为探究不同固定参数对青少年双下肢不等长髓内钉固定术后股骨稳定性的影响,本研究利用MIMICS软件建立有骺板的青少年股骨模型,使用SolidWorks软件建立含4种螺钉锁定方式、2种钉体长度(200 mm、300 mm)、2种钉体直径(8.5 mm、9.5 mm)及2种钉体材料(不锈钢、钛合金)的8组髓内钉股骨模型。将模型导入ANSYS Workbench软件施加髋关节和肌肉载荷,进行仿真测试,分析股骨的位移及股骨和髓内钉的应力,之后使用SPSS 25软件对股骨应力、位移及髓内钉应力结果进行分析,以确定各因素对髓内钉固定股骨时稳定性影响的显著性。研究表明,髓内钉钉体在长度大、直径小的情况下股骨位移小,具有较好的稳定性;不锈钢材料可降低股骨应力、稳定性好,但其应力遮蔽效应明显;近端锁定螺钉成角度与水平布局相结合,可有效降低股骨及植入物应力,增加稳定性。本研究可有效评估髓内钉不同参数对术后股骨稳定性的影响,为青少年髓内钉的参数优化设计提供参考,提高髓内钉在手术使用过程中的安全性和有效性。

摘要：为了研究胃肠道动力异常造成功能性胃肠病的发病机制。面向肠道器官平滑肌设计了一种高精度、高可靠性、重复性好的肌张力测试系统。测试系统主要包括:肌条夹持装置、肌张力放大装置、霍尔式力传感器、信号处理模块、数据处理与显示模块、微处理器、电源模块。为避免肌条夹持过程中预紧力过大导致断裂,而预紧力过小导致测试失效,采用了基于微处理器的自适应肌条夹持方法;肌张力放大装置采用多级杠杆结构,利用柔性铰链作为杠杆支点实现肌张力的放大,对杠杆结构进行有限元分析和优化,杠杆的放大倍数为145;采用霍尔式差分力传感器与信号处理模块对放大后的力进行测量。基于以上原理,开发了测试系统的样机,并完成了性能验证实验。实验可知:测试系统的灵敏度为34.419 V/g,线性度误差为1.627%,重复性误差为0.633%,迟滞性为3.323%。实验结果表明:测试系统能实现0.15 gn量程以内的肌张力测试,且具有较高的测量精度。

摘要：目的研究髓内钉关键参数对儿童股骨干骨折的生物力学性能影响,为后续儿童髓内钉的几何尺寸设计及生物力学分析提供依据。方法通过Mimics建立儿童股骨模型,使用SolidWorks进行180 mm、210 mm、240 mm 3种长度的髓内钉设计,使用Ansys Workbench有限元仿真软件,分别对3种长度的髓内钉进行医用不锈钢和钛合金材料的赋值,求解出使用不同长度及材料的髓内钉进行内固定时,股骨在轴向载荷下的应力分布及位移,评估髓内钉固定股骨的稳定性和术后股骨的愈合情况。结果在同种材料下,髓内钉长度与股骨平均应力值、股骨最大位移呈负相关,即随髓内钉长度的增加,股骨平均应力值及股骨最大位移减小,稳定性更好。相同长度下,钛合金髓内钉与医用不锈钢髓内钉相比较,可适当减弱应力屏蔽效应,利于术后股骨愈合。结论本研究建立的儿童股骨及髓内钉内固定模型说明了髓内钉长度及材料对于股骨的稳定性及骨折愈合的影响,可为后续儿童髓内钉的几何尺寸初步设计及生物力学分析提供依据。