摘要：目的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)是一种生物可降解材料,是聚乳酸(PLA)和羟基乙酸(PGA)的共聚物,具有良好的生物相容性,降解方式为体降解。体降解会带来一个降解不均匀的问题,容易出现某一连接位置快速降解断裂,其余部分并未充分降解的情况,造成支架失效,分块脱落,造成危害。因为PLGA的降解性能主要与其受到的拉应力有关,故通过结构设计和优化,使得支架再植入后的应力分布的均匀性得到改善,从而改善支架的降解均匀性。方法将设计的支架平面展开。

摘要：目的拇指在手功能中占据主导地位,对掌运动对拇指功能的实现至关重要。然而,现有柔性穿戴手套多聚焦于手指的屈伸及收展运动,忽视了对掌运动对于手功能恢复的重要性。为弥补康复手套在这一领域的空缺,本研究提出了一种新型的柔性可穿戴康复手套。方法以连续被动运动(CPM)康复理论为基础,结合人体手指的解剖运动和运动特性,利用动态运动捕捉技术采集手指末端的运动轨迹数据,根据实验数据构建了手指运动轨迹的参数化模型。手套设计中,采用应变片和弯曲传感器监测手指的弯曲角度,同时选用形状记忆合金(SMA)和柔性气动执行器作为驱动机制。手套设计遵循生物力学和人体工程学原则,以确保与患者手部的精确贴合。结果该康复手套能够有效引导患者完成对掌运动训练,显著提升患者的手部运动能力,包括握力和手指灵活性。同时,验证了该手套的安全性、稳定性、可靠性和舒适性。结论本研究设计的柔性康复手套通过高适应性的传感和驱动系统,成功辅助患者完成对掌运动,初步验证了其在促进脑卒中患者手功能恢复方面的可行性,有望提升康复手套在临床康复实践中的实用性和普及率。

摘要：目的探究体外二氧化碳清除装置(extracorporeal carbon dioxide removal,ECCO2R)不同构型设计对血流动力学因素、CO_(2)传输及血栓风险的影响,指导ECCO2R的优化设计。方法基于现有ECCO2R临床设备建立不同构型设计的方形(i LA Membrane Ventilator)、圆柱形(Medtronic Affinity Oxygenator)三维模型,建立并优化数学模型:基于对流扩散方程及Haldane effect的CO_(2)血气传输模型、基于凝血因子(XIIa、XIa)和纤维蛋白的血栓模型。利用CFD计算不同条件下三维模型,分析并评估其血流动力学参数、CO_(2)清除效率和血栓生成风险。结果相同预充量情况下,宽高比对方形ECCO2R的CO_(2)清除效率影响较为显著,对圆柱形影响较小。对于不同构型设计的ECCO2R,方形的血栓风险呈现相同趋势,即出口侧靠近仪器两端凝血因子浓度更高,更易产生血小板血栓。而圆柱形表现更为复杂,在入口对侧呈现更高的滞留时间及凝血因子浓度。方形和圆柱形ECCO2R二氧化碳清除效率均与进出口压力差成反比。在低流量情况下圆柱形ECCO2R表现出更好的二氧化碳清除效率,而方形在高流量情况下表现更好,且表现出较低的血栓风险。结论低流量时圆柱形ECCO2R表现出更好的CO_(2)清除效率,不同构型设计情况下其进出口压力差与CO_(2)清除效率成反比。

摘要：航空航天、交通、体育运动乃至日常生产生活中人体组织/器官损伤频繁、损伤率较高,但其损伤、修复/康复的评定以及在此基础上的植介入医疗器械或防护、康复装备设计均缺乏理论依据,其根本原因是复杂力学载荷下组织/器官损伤与修复之间关系缺乏定量化描述和参数化准则,进而影响植介入医疗器械与防护、康复装备的有效性评测及创新型设计。

摘要：目的探究血泵导致临床血栓和出血并发症同时或交替发生的原因,构建多指标血液损伤模型,指导血泵设计优化。方法通过体外血液损伤测试血泵对凝血系统功能的影响。基于血小板、凝血因子、止血蛋白和血液淤积等构建了一个用于评估血泵诱导血栓和出血风险的数学模型。利用该模型,结合计算流体力学技术和机器学习算法,对血泵的性能进行全面评估和优化研究。结果血泵的运行会增加血小板受体GPIIb/IIIa和P-selection表达,升高凝血酶、ADP和钙离子含量,提高v WF活性,使得凝血功能增强;同时导致血小板受体GPIba和GPVI表达减少,降低血小板在凝血因子作用下的聚集能力和损伤HMWM-v WF,使得凝血功能减弱。通过血液高凝状态和血液淤积模型评估血泵诱导的血栓和出血风险,发现全磁悬浮血泵Centri Mag优于机械悬浮血泵Rotaflow。不同血泵的设计特点(二次流道和轴承间隙)以及使用模式(儿童模式和VA ECMO模式)均对血栓和出血风险产生影响。基于多指标血液损伤模型和第三代神经网络对血泵进行性能优化,筛选影响血泵性能的关键设计参数和获得了一款性能优良的血泵样机。结论矛盾止血效应可能是血泵导致临床血栓和出血并发症同时/交替发生的原因。多指标血液损伤模型有助于血泵的性能综合评估和优化。

摘要：目的目前,手部康复设备通常采用屈伸及收展的策略进行手部功能恢复训练,覆盖的手部运动范围仅有80%,对于手部曲张力强的患者治疗效果不显著。为了弥补针对手掌肌群力量训练的空缺,本研究拟设计一种可穿戴气囊式固定轨迹按摩设备。气囊依据康复治疗时医师手指经过的路径对手掌进行按压,从而合理地松解手掌内部小肌肉群。方法设计轨迹提取实验,通过拍照提取特征点,通过程序分析拟合特征点的位置数据,得到医师手指的行进轨迹。采用单片机程序控制气囊沿着以上轨迹按压手掌,并根据速度、力量的不同设置多个挡位。选取在医院接受康复治疗的脑卒中偏瘫患者60例,以随机数表法将其平分为研究组和对照组,验证该设备的康复效果。对照组实行常规康复治疗,研究组采用本康复设备配合手套治疗,对两组捏力、握力、上肢功能、功能独立性、平衡能力、日常生活能力进行比较。结果经过一定时间的治疗后,两组捏力、握力较治疗前提高,研究组的捏力、握力高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论该设备在脑卒中偏瘫患者康复治疗中有实际意义,为患者提供了可自主训练且实用性强的辅助康复设备,提高功能独立性及日常生活能力,也在一定程度缓解了当下康复医疗紧缺的问题。

摘要：目的针对主动脉植介入器械造成血管顺应性降低的现象,研究主动脉局部硬化对脉搏波传播反射过程的影响,并探究颈动脉分叉处血流动力学环境的改变,预测术后并发症产生的可能性,为后期植介入器械的改进设计和临床治疗效果的判断提供理论支持。方法使用人体动脉树简化模型和分布式电网络模型仿真脉搏波的传播过程,分析主动脉各段血管发生不同程度的硬化后颈总动脉入口处脉搏波波形的变化情况。

摘要：目的构建具有主动调节药物递送功能的诊疗一体装置,用于实时监测患者病情变化,并及时递送药物对疾病进行干预和治疗。方法构建具有主动控制药物递送能力的多功能药物递送装置,再对该装置进行结构优化,增加疾病诊断和监测功能,从而制备具有诊疗一体能力的植入装置。通过体外药物释放实验对系统的主动控制、组织压力和生物电信号采集能力进行检验;通过动物体内实验对该装置的应用效果进行评价。结果体外药物释放功能结果表明,该系统能够通过主动控制实现精准的药物递送,且可以进行多次数和多种类药物递送。该装置还能实现短期快速和长期慢速的双时间线药物递送。动物体内实验结果显示,该系统能够进行疾病监测和诊断,并且能够在癫痫等急性疾病病发时及时进行药物干预。此外,通过电阻与压力之间的转换实现了对生物力学信息的测量。细胞和体内生物相容性实验结果也显示其能够满足作为长期植入物的生物安全需求。结论通过结构设计和优化构建的诊疗一体植入装置能够通过力学信号或电生理信号采集实现疾病的监测和诊断,并能够及时进行多种类、多次数、多时间线药物递送。该系统可以满足临床对于急性疾病的监测和治疗,以及多并发症疾病的药物递送需求。

摘要：目的研究不同心脏泵血条件下人工心脏(LVAD)脉动和恒流模式对主动脉血流动力学环境、器官血流灌注以及血栓形成风险的影响,指导临床对LVAD的选择。方法基于临床数据构建正常人体主动脉模型和植入LVAD后的主动脉模型,使用具有人体特异性的三参数模型作为压力出口,对二者分别进行血流动力学计算研究。(使用生理状态下的主动脉速度波(5 L/min)以及模拟的心衰速度波(2.5 L/min)作为正常主动脉的入口条件;使用全支持脉动,全支持定常,半支持脉动和半支持定常作为植入LVAD的主动脉的入口条件)结果脉动和恒流模式对于心衰情况下的血流灌注均有改善:相较于恒流模式,脉动模式下LVAD供给主动脉上动脉的血流减少,供给肾动脉和下肢的血流增加;此外,恒流模式下释放的血栓颗粒也更容易运输至主动脉上动脉导致颅内血栓形成风险增加;LVAD半支持与全支持模式的结果显示,心脏泵血功能对主动脉的血流动力学指标均有改善,有助于减少主动脉血液滞留时间和血栓颗粒向上游运输的比例。结论相较于恒流模式,LVAD脉动模式有助于降低血栓形成风险,保证肾动脉及下肢的血液灌注;心脏收缩功能有助于改善主动脉血流环境,临床中对于心脏具有部分收缩功能的患者,可以考虑保留其功能。未来将进一步结合心脏收缩泵血的具体情况对LVAD脉动模式的设计进行研究。

摘要：目的近年来,纤维状的水凝胶微颗粒在组织工程领域受到关注。封装细胞的纤维状水凝胶微颗粒不仅可作为体外三维组织和器官的构建单元,其几何形状还对微颗粒的注射性、装配性以及封装细胞的行为和功能产生影响。微流控技术提供了一种高通量、连续生产方法被广泛用于多种水凝胶微颗粒的生物制造,然而,当前产生的纤维状微颗粒尺寸范围相对较窄,精度较差。需要找到可靠的技术以生成具有可控几何形状的高精度的纤维状水凝胶微颗粒。方法提出了基于微流控技术以油-水界面作为微颗粒产生“开关”的水凝胶微颗粒构建方法。利用多相流体中互不相溶的流体可相互剪切的原理设计了一种结合T型和锥形毛细管的微流控芯片,通过理论推导与实验探究“油包水”系统的流动特性。结果制备出多种不同几何形态的水凝胶微颗粒,包括连续型纤维、螺旋型微纤维、蝌蚪型微纤维和球型微粒。蝌蚪型微纤维具有可调节的尺寸、曲率和形状,精度可达50μm。蝌蚪型微纤维中封装的内皮细胞存活率达到80%以上,进而可进一步探究其在体外组织中对内皮等细胞的行为和功能影响。结论本文提出的纤维状水凝胶微颗粒的构建方法可生产高精度的纤维状微颗粒,在组织工程和药物输送等领域具有潜在应用。