用于皮肤温度振荡分析和微血管功能评估的系统设计及应用

目的设计并实现一种应用于微血管调节功能评估的皮肤温度振荡分析系统。方法由便携式仪器和分析软件所组成的皮肤温度振荡分析系统采用局部热刺激方式诱导人体皮肤产生充血反应,实时采集充血反应前后的皮肤温度变化信号,并基于连续小波变换对皮肤温度振荡幅值进行分析,最终实现对皮肤微血管内皮、神经以及肌源性调节功能的评估。结果利用所研发系统开展的实验研究发现,施加40~41℃热刺激可明显增强皮肤温度波动强度,皮肤温度在内皮(0.0095~0.0200 Hz)、神经(0.02~0.05 Hz)以及肌源性(0.05~0.14 Hz)调节频段的波动幅值分别为无热刺激状态的2.20、4.28和2.77倍。结论本研究验证了热刺激条件下皮肤温度振荡幅值增强的特征,可用于量化分析皮肤微血管运动调节功能。本研究设计和开发的皮肤温度振荡分析系统可为微血管调节功能的评估提供一种有效工具。

生物组织的电切割损伤研究

目的探究高频电刀不同电切割参数、手术电极结构参数和生物组织含水量对生物组织机械损伤和生物损伤的影响。方法搭建体外电切割实验装置,研究新鲜猪里脊肉组织在不同电切割参数(电切割功率、切割深度、入切角度)、手术电极结构参数和生物组织含水量情况下的机械损伤和生物损伤。结果实验结果表明,随着电切割功率、入切深度、入切角度以及接触刃面积的增加,表面焦痂粘附量会随之增大;电切割功率以及组织含水量的增加会使热量集中,加剧组织热损伤。结论高频电刀操作参数、刀具参数以及材料参数对组织电切割损伤的影响规律的揭示,可为高频电外科设备、手术电极开发及医生更好地使用手术电极提供理论和技术参考。

一种便携式智能输液控制系统的设计

为了减轻输液过程中护士的负担,加强整个病区的协同管理,设计了一套智能输液控制系统。整个控制系统以STC15W2K60S2单片机为控制核心,设计的键盘电路用于输入输液参数,滴速测量单元用于实时检测液滴速度,步进电机和舵机单元用于调控输液速度,液晶显示屏用于显示系统输液参数信息,同时具有语音播报、声光报警提示、无线数据传输和便携式可充电移动电源等功能。实验结果表明,该系统具有安全可靠、稳定性高、成本低等特点,可方便护士进行输液管理,从而提高护理质量,减轻医护人员的工作负担。

3D打印膝关节假体多孔结构的设计与研究

目的全膝关节置换术作为解决膝关节疾病的重要手段之一,但是由于常用的金属假体在术后易存在膝关节疼痛、假体无菌性松动的症状。为了缓解上述问题,通过模拟人体骨组织的多孔结构,采用3D打印技术来设计多孔结构假体,使其在强度上与人体相匹配,同时减少生理负重和加强稳定性。方法采用立方体、体心立方体、截面立方体、八面体柱体4种单元体结构,在孔径600~1200μm中设置孔隙率在75%左右,分别建立多孔结构体模型。

一种引入滤波的PID控制算法在温控系统的应用

为了使得温控系统响应更加稳定,在PID控制算法中引入了三阶离散滤波器对输入信号进行滤波,去除了抖动噪声,输出更为平稳的响应结果;此外,设计了一种基于STM32微控制器为控制核心的温度调控系统,由铂电阻Pt1000和MAX31865构成温度采集模块,由半导体制冷器TEC和H桥逻辑器构成温度调节模块,上位机软件与下位机系统使用USB串口通信,将接收的实时的温度数据进行引入滤波的PID调节,将调节输出值发送给下位机软件实现一次闭环的温度调节控制。实验结果表明,引入滤波器的PID控温度制方法要优于结合Bang-Bang的PID、引入微分先行PID、步进式PID、变积分PID,提高了抗干扰的能力,在工程温度控制方面具有一定的实用价值和应用价值。

一种基于ZigBee的无线心率血氧实时监测系统研究

针对医院传统的心率、血氧饱和度检测方法存在的缺陷和不足问题,开发一种基于ZigBee的无线心率血氧实时监测系统。该系统以STM32微控制器为控制核心,MAX30102血氧心率集成芯片传感器采集脉搏波信号,经STM32信号预处理、特征提取,从而计算当前的心率及血氧饱和度,并实时显示在液晶显示屏上;此外,系统使用ZigBee将实时的心率及血氧饱和度无线传输到上位机,实现对心率血氧实时的无线远程监控。经过实验测试,该系统心率平均误差值最大为±1.8次/min,血氧平均误差值最大为1.4%,实验结果表明该系统能够准确地监测心率血氧状况,并对检测到异常的心率血氧值进行报警提示,为医院护士站对患者的心率血氧实时监测提供了一种解决方案。

皮肤微血管调节功能无创检测技术进展

微血管调节功能障碍常发生于心血管疾病的早期阶段,并且与多种慢性病的发生有密切联系。及时检测微血管调节功能障碍并进行干预和治疗,有助于维护心血管健康、降低多种慢性病的发病率。皮肤是非常适合进行微血管功能检测的器官,目前反应性充血测试已在临床得到了广泛的应用。本文综述了常用的反应性充血诱导方式和皮肤血流量监测技术,分析了各反应性测试方案背后的生理机制及皮肤血流量监测技术的特点,对临床专用的几款皮肤微血管功能测试仪器的研发与应用情况进行了介绍,以期通过相关技术进展的梳理,提高相关从业者和普通大众对皮肤微血管功能病变检测的重视程度。

手术病人升温系统的研发与临床应用

目的研发一种手术病人升温系统,实现手术病人的体温提升和防护。方法基于微处理器控制技术、计算机辅助图形设计技术,运用C编程语言开发的手术病人升温系统包含主机、送风管和充气升温毯3部分。其中,主机采用Atmega168单片机为微处理器,实现PTC加热器、风机的运行及异常报警防护的控制;温度检测模块采用PIC16f819单片机为微处理器,实现温度的检测和处理,温度传感器采用热敏电阻RT50;显示模块采用7段数码管。结果经测试和EMC检验表明,研发的手术病人升温系统可准确加温,并且5 min后在预设的最终加热温度保持恒定;配套使用的充气升温毯内温度较均衡(温差±3℃);系统满足YY0505-2012电磁兼容标准,主机离心风机噪声在50~55 dB,适于手术室应用。结论该系统已用于临床,为手术病人提供了一种便携可靠的体温提升和防护方式,满足手术室手术病人体温升温和防护需要。

一种引入不完全微分PID控制算法在温控系统中的应用

为改善温控系统的性能,设计一款由STM32、半导体制冷器TEC、H桥逻辑驱动电路、铂电阻Pt1000和MAX31865温度采集转换电路、液晶屏、声光指示电路、无线传输电路等构成的闭环温度控制系统;此外,针对PID控制算法中引入的微分信号会引进高频干扰,因此引入不完全微分的PID算法进行系统温度调节。实验结果表明,引入不完全微分的PID温控算法的温度控制效果要优于常规的位置式PID、改进积分PID、结合Bang-Bang控制的PID;具有系统响应速度快、超调量小、误差小、鲁棒性等特点,在工程温度控制方面具有一定的实用价值和应用价值。

连续血糖监测技术的进展综述

与传统血糖检测相比,连续血糖监测能够全天候获得人体血糖信息,更加全面了解人体血糖波动情况,从而及时发现隐匿性的高/低血糖症状。本文综述了近年来基于光学与电化学技术原理的连续血糖监测技术的发展情况,分析了连续血糖监测市场主要产品的特点与发展趋势,最后对人工胰腺系统进行了介绍。

一种非线性PID控制算法在温控系统中的应用研究

针对传统PID控制算法参数固定不变、容易引起超调量、不能完全适应温控系统的稳定性要求等问题,文中在温控系统中采用非线性PID控制算法使得其增益参数随控制误差而变化;同时以STM32微控制器为控制核心,通过Pt1000和MAX31865模块采集系统温度,半导体制冷器TEC和H桥逻辑驱动模块实现对系统加热制冷和系统功率的调节,液晶屏显示实时温度和运行状态,具有声光指示功能;上位机软件与下位机系统使用USB串口通信采集当前的系统温度,并进行非线性PID调节。实验结果表明,相较于其他的PID控制算法,如结合Bang-Bang控制的PID、引入微分先行的PID、步进式PID、变积分PID和基于微分器的PID等,非线性PID控制算法的调节效果更优,能够提高控制器的鲁棒性、适应性和系统的抗干扰能力。

一种改进的PID控制在温控系统中的应用

温控系统具有时变性、非线性及纯滞后性等特点,针对此问题,设计了一套基于STM32微控制器为核心的温控系统,下位机主要负责实时采集温度信息与调节半导体制冷器TEC的工作功率,同时通过串口传输温度信息到计算机软件端,计算机软件端依据接收当前的温度与设定的目标温度进行温度调节,将PID调节输出值发送给下位机软件实现一次闭环的温度调节控制。此外,设计了一种改进的PID温控算法,主要体现于引入了积分分离、变积分及抗积分饱和等优化算法。实验结果表明,改进的PID控制算法比传统的PID算法具有系统响应速度快、误差小、稳定性高等优点,在恒温控制的场合具有一定的应用和推广价值。

粗大血管在电外科设备操作环境下的阻抗规律研究

目的探究血管在频率、温度、压力等电外科血管闭合设备操作环境下的阻抗变化规律。方法采用恒流源、恒温水浴锅、LCR测试仪等搭建血管阻抗规律测试系统,并对兔粗大血管在不同影响因素作用下的阻抗变化规律进行研究。结果在26℃、电流频率200~950 kHz条件下,内直径(5.1±0.1)mm、长(40.0±0.5)mm的兔血管实部阻抗随频率增加而减少,虚部阻抗先减少而后增加,出现频率转折特性,当频率在350 kHz时虚部阻抗最小;在350 kHz高频电流刺激下,血管阻抗随温度升高先减少,54℃后阻抗开始增加,出现温度转折特性;血管阻抗随受夹压增大降低,随两端电压升高增加。结论这一血管阻抗规律的初步发现,可为血管闭合设备关键技术实时阻抗反馈技术研究提供一定的理论和技术基础。