自动配制静脉输液药物机器人的设计研究

目的:设计研究自动配制静脉输液药物的机器人,用于自动配制多种规格西林瓶、安瓿瓶等静脉输液药物,提高配药效率,降低配药差错率,减轻配药护士的劳动强度和职业危害。方法:该机器人结构设计采用了模块化设计方法,主要设计了层流净化装置模块、多功能配药机械手模块、药品自动输送装置模块、三坐标取药机械手模块、药品输出装置模块、注射器储存装置模块及废料储存装置模块构成,各模块相互配合,共同完成自动配药。结果:该机器人能够快速高效地进行自动存储输送待配药品及多种规格药品配制,完成自动取药及医疗垃圾清理,不仅降低了配制药物的差错率,而且保证了配药环境的洁净度。结论:该机器人设计合理、操作简单,不仅节省了人力成本,提高了配药效率和准确率,而且能够快速高效地应对如SARS、COVID-19等突发疫情造成的静脉输液药物的急剧增长,缓解医护人员的救治压力。

一种穿戴式心肺监测系统的设计及其试验研究

目的:设计一种穿戴式心肺监测系统,并通过人体初步试验验证该系统的性能。方法:该系统由数据采集器、穿戴胸衣以及信息管理平台组成。其中,数据采集器以EFM32GG330单片机作为主控单元(microcontroller unit,MCU),其内部主要包括呼吸调制模块、心电调制模块、体位调制模块、无线通信模块(含蓝牙模块和Wi-Fi模块)、存储模块、电源管理模块等。穿戴胸衣采用开衫式结构设计,内侧设计有心电传感器和呼吸运动传感器。信息管理平台采用客户端/服务器(Client/Server,C/S)架构,通过Java/JavaScript实现软件编程。通过人体初步试验,将该系统与医院常规使用的迈瑞IPM10多参数监护仪进行对比,验证该系统监测人体心率及呼吸率的有效性。结果:该系统可长时间连续监测人体的心率和呼吸率,且监测结果与迈瑞IPM10多参数监护仪的监测结果具有很好的一致性。结论:该系统可用于训练或运动中的心肺指标医学监测,为健康管理提供精准的生理信息。

桡骨远端骨折夹板压力读取系统设计

目的:设计桡骨远端骨折夹板压力读取系统,以实现对夹板固定压力的实时监测。方法:该系统硬件由主控单元、压力温度采集单元和电源管理单元组成。其中,主控单元采用STC15系列的单片机作为主控芯片,压力温度采集单元选用FSR400薄膜型压力传感器和DS18B20数字温度测量芯片。系统软件采用C语言编写。在固定带上分别以与柳木夹板和3D打印夹板呈90°、60°、30°的方向施加载荷,负载总质量从600 g增加至1200 g。采用该系统测试夹板承受的压力大小及分布情况,每次测试重复6次。结果:该系统能够实时采集夹板的压力数值,并能通过显示屏显示。固定带分别与柳木夹板、3D打印夹板呈90°、60°、30°时,不同载荷下各传感器的最大压力均出现在固定带与夹板边缘连接处,夹板中间部分受到的压力相对较小。固定带在与柳木夹板呈90°、载荷1200 g时柳木夹板承受的压力最大,为(239.17±4.49)g;固定带在与柳木夹板呈60°、载荷600 g时柳木夹板承受的压力最小,为(89.83±17.38)g。固定带在与3D打印夹板呈90°、载荷1100 g时3D打印夹板承受的压力最大,为(177.67±21.77)g;固定带在与3D打印夹板呈30°、载荷600 g时3D打印夹板承受的压力最小,为(66.50±3.02)g。结论:该系统可及时读取夹板不同载荷、不同角度下受到的压力,且与柳木夹板相比,3D打印夹板上的压力分布更均匀。该研究可为临床夹板固定定量化治疗提供理论依据。

负载纳米钽的液晶显示光固化聚乳酸支架制备及促成骨性能

背景:聚乳酸因具有良好的生物相容性和可控的降解速率在生物医学工程中得到了广泛应用,然而存在机械强度低和生物活性不足等缺陷,限制了其在骨组织工程中的进一步应用。目的:构建聚乳酸/聚多巴胺/钽(PLA/PDA/Ta)骨组织工程支架,探究其生物安全性和体外促成骨性能。方法:利用液晶显示光固化技术制备具有多孔结构的聚乳酸(PLA)支架,将PLA支架分别浸泡在多巴胺溶液与多巴胺-纳米钽混合溶液中分别制备聚乳酸/聚多巴胺(PLA/PDA)支架、PLA/PDA/Ta支架,表征支架的微观形貌与水接触角。将MC3T3-E1细胞分别与PLA、PLA/PDA、PLA/PDA/Ta支架共培养,进行CCK-8检测与活/死细胞染色;成骨诱导分化后,进行碱性磷酸酶、茜素红染色及成骨基因检测。结果与结论:①扫描电镜下可见3种支架均具有互连的多孔三维结构,平均孔径为200μm;PLA/PDA/Ta支架的水接触角低于PLA、PLA/PDA支架(P<0.05);②CCK-8检测显示,相较于PLA、PLA/PDA支架,PLA/PDA/Ta支架可促进细胞的增殖(P<0.05);活/死细胞染色显示3组细胞增殖良好;③碱性磷酸酶与茜素红染色显示,相较于PLA、PLA/PDA支架,PLA/PDA/Ta支架可促进细胞碱性磷酸酶的表达与矿化结节形成;RT-qPCR检测显示,相较于PLA、PLA/PDA支架,PLA/PDA/Ta支架可促进细胞骨形态发生蛋白、Runx-2及Ⅰ型胶原mRNA的表达(P<0.05,P<0.01);④结果表明,PLA/PDA/Ta支架具有优异的促细胞增殖与成骨活性。

便携式医用管腔智能清洗装置的设计与应用

目的:针对管腔器械清洗不彻底、清洗效率低的问题,设计一种便携式医用管腔智能清洗装置。方法:该装置为箱体状,外壳采用304不锈钢材料制作,主要由电路控制板、微型抽水泵、锂电池、充电接口、冲洗管、连接头等组成。其中,电路控制板采用STM32G030C8T6单片机集成电路,电路控制板上装有显示倒计时数码管用以显示清洗倒计时间;微型抽水泵和锂电池安装在箱底内壁,箱底前壁外侧设有电源充电接口和出入水接口,出入水接口连接硅胶冲洗管,冲洗管远端连接转接头,转接头口径由小到大可连接不同口径管腔器械。选取2021年5—10月某院消毒供应中心接收的9672件管腔器械,采用便利抽样方法分为2组,每组4836件,单号为对照组,以超声清洗机加管腔刷进行管腔器械清洗;双号为实验组,以该装置进行管腔器械预处理后再进行常规清洗。对比2组的清洗质量和满意率。结果:在目测+带光源放大镜目测法和白通条检测法下,实验组清洗合格率明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);实验组满意率为100%,对照组满意率为86.53%,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:该装置操作简单方便,可提高管腔器械清洗质量和清洗效率。

基于四电极多频率扫描的生物阻抗法人体成分测试仪设计

生物阻抗包含丰富的人体病理和生理电信号,可以作为医务人员准确判断病人症状和治疗疾病的主要依据。基于此,提出一种基于Cole-Cole理论的人体多种参数测量系统。构建人体阻抗模型,通过碳纳米材料电极对人体阻抗进行采集分析,得到人体的各种成分参数。通过信号发生电路产生注入人体的低频信号,利用幅度检测电路检测流经人体电流产生的电压,采用分段检测法测得人体不同分段的阻抗信息;信号经放大电路输入RT1052微处理器,对数据和人体成分参数相关性进行分析,得到人体各种成分参数并显示测量结果。通过对系统进行测试分析,得出所设计系统能够准确地对人体蛋白质、脂肪等参数进行测量,误差范围可以控制在5%以内,具有很好的应用前景。

可穿戴人体无创血压测量技术

针对传统的连续无创血压测量设备结构复杂、体积大、不宜穿戴、限制患者运动等问题,设计一种可穿戴设备对人体血压进行实时无创测量。通过硬件设备同步获取心电-脉搏波信号,设计信号处理算法,提取特征点用于后续血压估计。应用MIMIC数据中心电-脉搏-血压信号计算脉搏波传导时间及射血前期,并利用最小二乘法进行线性回归分析,构建血压测量模型,实现个性化血压检测算法。实验验证结果表明:采用该技术检测人体血压时,误差的标准差在±8 mmHg(1 mmHg≈133 Pa)范围内,平均绝对误差小于5 mmHg,满足AAMI国际血压计准确性评价标准的要求。

机械性吸呼仪参数设置对模拟肺呼气峰流速、呼气容量的影响研究

目的:探讨使用机械性吸呼仪(mechanical in-exsufflation,MIE)治疗中的吸气压力设置参数(set inspiratory pressure,SIP)、呼气压力设置参数(set expiratory pressure,SEP)及SIP/SEP对模拟肺呼气峰流速(peak expiratory flow,PEF)和呼气容量(expiratory volume,EV)的影响,以为临床治疗中增强气道廓清的效果提供参考。方法:将MIE与模拟肺连接,在模拟肺无自主呼吸状态下分别针对健康成人、肺部感染成人、慢性阻塞性肺疾病成人、急性呼吸窘迫综合征成人设置气道阻力及肺顺应性。MIE压差(SIP与SEP的差值)分别设置为60、40、30 cmH_(2)O(1 cmH_(2)O=98.06 Pa),在固定压差下,SIP/SEP设置为1∶1、1∶2、2∶3。在每种参数设置状态下,MIE均工作5个周期,记录PEF、EV的平均值。分析MIE治疗中PEF的出现时间,对比不同参数设置下PEF、EV的平均值,并分析SIP及SEP分别与PEF、EV的相关性。采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析。结果:模拟肺在不同生理条件下,MIE治疗中的PEF均出现在呼气初始,当压力释放的瞬间产生最大的PEF。MIE设置的压差越大,产生的PEF、EV越大;在压差相同情况下,SIP/SEP为1∶1时产生的PEF、EV最大。SIP与PEF、EV的斯皮尔曼相关系数为0.919、0.990,SEP与PEF、EV的斯皮尔曼相关系数为-0.737、-0.674,SIP与PEF、EV的相关性高于SEP与PEF、EV的相关性。结论:MIE治疗中设置压差越大,产生的气道廓清效果越好;在压差相同情况下,将SIP/SEP设置为1∶1,能够产生咳嗽效应的最大化,从而增强气道廓清的效果。

Er:YAG激光和传统车针去龋后牙本质粘接强度的比较

目的:比较使用不同模式Er:YAG激光以及传统车针去龋后牙本质与复合树脂的粘接强度。方法:选用人类离体磨牙模拟龋坏,分别采用Er:YAG激光中短脉冲(medium short pulse,MSP)模式、Er:YAG激光超短脉冲(super short pulse,SSP)模式和传统车针去除模拟的龋坏后,采用自酸蚀粘接剂将牙体标本与复合树脂粘接制成试件。使用万能试验机对试件进行拉伸试验,测得断裂负荷和粘接强度,并采用单因素方差分析和Tukey多重比较进行统计学分析。采用扫描电子显微镜观察3种不同去龋方式处理后的牙本质表面形态,以及涂布自酸蚀粘接剂并固化后试件的横截面形态。结果:使用Er:YAG激光MSP模式处理后牙本质与复合树脂的粘接强度最高,SSP模式处理后次之,传统车针处理后最低,但差异无统计学意义(P>0.05)。扫描电子显微镜图像显示,Er:YAG激光MSP模式处理后的牙本质表面较平坦,牙本质小管内几乎没有残屑;Er:YAG激光SSP模式处理后的牙本质表面呈现鳞片状,牙本质小管内可见少量碎屑;而传统车针处理后牙本质小管大部分处于被表面牙本质部分甚至完全遮盖的状态,牙本质小管内充满残屑。结论:使用Er:YAG激光去龋相比传统车针去龋可以获得较好的牙本质粘接强度,且对牙本质小管的处理深度和洁净度明显优于传统车针去龋,其中MSP模式更佳。

新型特色水药罐的设计和应用

目的:研制一种新型特色水药罐,以提高水药罐的操作便利性、密封性、保温性及牢固性。方法:新型特色水药罐材质为树脂类,由双层保温罐体、单向排气阀、调节开关、活塞、风琴软管和弹簧组成。其中双层保温罐体的罐壁为内部中空的双层结构;调节开关的中部设有长方形滑动孔;活塞由活塞杆、尾座和活塞头组成;弹簧位于开关底座旁,上端和调节开关连接,下端和双层保温罐体连接。结果:相较于传统特色水药罐,新型特色水药罐用于拔罐所需时间更短,药液洒漏量更少,拔罐前后药液温差更小。结论:新型特色水药罐临床操作简便、密封性强、保温性能良好、不易破碎,是一种适合临床推广使用的拔罐器具。

一种可移动防止内瘘渗血监测装置的设计

针对透析患者在治疗过程中发生内瘘渗血问题,设计一种可移动的内瘘渗血监测装置,应用蓝牙技术设计电路图,建立内瘘渗血智能化报警模式,可实时提醒内瘘渗血。该装置应用吸湿棉贴及实时提醒装置等技术,对现有血透机的设计缺陷及相关处理方案予以补充,能够有效实现内瘘渗血的安全管理,避免因处理不及时所致的不良事件发生。

达芬奇手术机器人患者手术平台组成原理及故障检修案例分析

随着“精准医疗”理念的推广,达芬奇手术机器人在外科手术中的应用日益受到重视,该机器人系统由医生控制平台、影像处理平台和患者手术平台组成,能够实现高精度、微创的外科手术。患者手术平台是其核心部分,包含多条机械臂和舵柄,舵柄具有快速定位、灵活性和精确控制等功能,确保手术的顺利进行。尽管达芬奇手术机器人在技术上具有显著优势,但其高昂的费用和复杂的维护需求使得医院面临挑战。为提升医院自身的维修维护能力,重点分析达芬奇手术机器人患者手术平台的组成原理,尤其是舵柄的构造与工作原理,并通过对患者手术平台具体的故障案例分析,探讨常见故障的检修方法,以期为医院提供有效的维护策略,降低运营成本,提升医疗效益。

非穿戴无感知睡眠监测系统设计

随着生活节奏的加快,生活压力也逐渐增大,越来越多的人存在不同程度的睡眠障碍,因此监测睡眠过程对睡眠障碍的治疗研究具有重要意义。基于物联网技术,设计并实现了一种非穿戴式无感化睡眠监测系统,主要由中控机、显示屏、智能床垫和服务器构成。中控机程序主要通过C++语言实现,显示屏在Android Studio上开发,服务器采用MySQL数据库存储数据,前端采用Vue.js框架开发,后端采用Springboot框架开发。为测试验证该系统的有效性,招募受试者进行测试实验。实验结果表明,该系统可初步筛查出患有睡眠障碍的人群,具有十分广泛的应用前景。

警觉性检测方法、影响因素和药物治疗的研究进展

警觉性是应对环境中发生微小变化的敏感能力,也是各种认知表现任务的主要组成部分。许多职业工作人员在工作过程中,都需要良好的身体和高警觉水平,以确保生产、工作场所及自身的安全。因此,本文从近年来国内外对于警觉性的检测方法、影响因素、药物治疗三方面来回顾和总结警觉性研究进展,以期提高对警觉性的认识,为警觉性的研究和临床治疗提供支持。

骨小梁髋假体柄植入的应力分析

目的:分析髋关节置换中实心钛合金假体与骨小梁假体柄植入的应力。方法:基于Mimics软件逆向建立股骨模型,并使用Geomagic软件对股骨模型进行优化,再通过SolidWorks软件将模型实体化。将截骨后的股骨与金属股骨柄进行装配,并将装配好的模型导入ABAQUS中进行有限元计算。将股骨上部分为内侧近端点(小转子区)、外侧近端(大转子区)、股骨干近端点(茎突中段周围)、远端区域(茎突末端周围和远端)4个区域(处于不同整合状态),计算步态、爬楼梯载荷下植入实心钛合金假体和骨小梁假体前后的股骨应力以及区域未整合时的界面应力,并通过应力椭球分析骨界面的变形类型。结果:在小转子区,步态和爬楼梯载荷下骨小梁假体相比实心钛合金假体应力屏蔽率分别降低了20.5%和14.7%。实心钛合金假体存在不同整合状态时,步态与爬楼梯载荷下界面拉应力最大分别为10.842、12.900 MPa,剪应力最大分别为7.050、6.805 MPa;而骨小梁假体存在不同整合状态时,步态与爬楼梯载荷下界面拉应力最大分别为3.858、4.389 MPa,剪应力最大分别为4.156、3.854 MPa。2种不同载荷下,界面内侧剪应力椭球开口朝向两侧,骨界面发生拉伸变形;界面外侧剪应力椭球上下开口,发生压缩变形。结论:全髋关节置换术后,骨小梁假体的整体性能优于实心钛合金假体,且假体-骨界面未整合边缘易发生应力集中以及变形,引发进一步失效。

干细胞的趋电性迁移及机制

背景:随着对干细胞技术研究的深入,如何使其准确归巢成为临床应用中的一大难题。除药物和趋化因子等信号的诱导外,电场也被广泛应用于指导干细胞的定向迁移,并可增强其迁移速度和定向性。目的:旨在分析总结电场对干细胞迁移特性的影响,同时综述可能的作用机制。方法:通过检索Pub Med和中国知网数据库,收集截至2024年3月的相关文献,英文检索词:“stem cells,direct current electric field,pulsed electric field,migration,electric field device,mechanism”;中文检索词:“干细胞,直流电场,脉冲电场,迁移,电场装置,机制”。排除不能获取全文和与主题无关的文献。结果与结论:根据筛选要求共纳入58篇文献,包括中文文献15篇及英文文献43篇。文献以脂肪间充质干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞、表皮干细胞、人胚胎干细胞和人诱导性多功能干细胞为研究对象,在迁移装置中研究电场的不同参数对上述干细胞迁移的影响及其机制。(1)电场作为一种简单、无创且稳定的干预方式在指导干细胞定向迁移的过程中起着积极作用;(2)不同类型的干细胞发生趋电性迁移的方向不同,同时大部分干细胞的迁移速度和定向性是随着电场强度增加而增加的;(3)不同的电场装置在观测干细胞迁移时的侧重点不同,可根据实验目的而择优选择相关装置;(4)不同干细胞趋电性迁移的机制不完全相同,多数干细胞迁移过程中有MAPK通路、ROCK活化以及PI3K功能的参与,同时还有其他蛋白质复合物与信号通路参与调控该过程;(5)除电场参数不同之外,细胞本身的衰老情况和培养环境也会对趋电性迁移的结果产生影响。总而言之,电场作为一种影响干细胞迁移特性的重要信号,与其他新兴材料结合在组织工程应用中展现出了一定的潜力,有望在指导干细胞归巢方面发挥更加重要的作用,促进骨组织再生和修复以及神经系统、自身免疫系统以及肿瘤等疾病的研究取得更大的突破。

医用导管抗菌涂层的研究进展

导管相关性感染(CRI)作为目前常见的医院获得性感染之一,导致死亡率和发病率增加,极大影响了医疗质量与患者健康,避免导管在植介入人体时产生感染已成为临床共性问题。细菌定植形成的生物膜是造成导管相关感染的主要原因,通过在医用导管表面设计功能性涂层来限制细菌定植及生物膜形成能有效避免感染。本文从防污改性、杀菌改性及防污-杀菌改性3个方面综述了近年来医用导管表面改性策略。防污改性一般通过将亲水的非离子型聚合物(如聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮)以及两性离子聚合物制备在材料表面防止细菌及蛋白质黏附。杀菌改性根据机制可分为接触灭杀、释放灭杀和多机制联合灭杀,主要通过将杀菌剂接枝或负载在材料表面来赋予表面杀菌能力。防污-杀菌改性主要通过制备复合材料及聚合物刷、构建自适应表面及亲水聚合物负载杀菌剂等方式使表面同时具备防污及杀菌的能力。最后,在上述综述基础上对医用抗菌导管存在的问题进行了分析和展望,以期为制备应用于临床的高性能医用抗菌导管提供参考。

基于步态事件和sEMG的功能性电刺激起始点研究

足下垂患者步行过程中进行功能性电刺激可以帮助其恢复正常行走能力,而准确确定功能性电刺激的开启时间至关重要。文章针对该问题,利用步行过程中下肢的角速度和表面肌电信号(surface electromyography,sEMG),提出一种以步态事件与肌肉动作点之间延时关系为控制策略的足下垂步行过程中功能性电刺激准确开启的方法。根据步态信息和sEMG电信号特征对大腿处的角速度数据进行步态事件划分,试验结果表明步态事件划分得具有良好一致性;利用模糊熵算法对去噪后的sEMG信号进行肌肉运动起始点T muscle的判定,确定T muscle与脚尖离地(toe off,TO)之间的延时时间关系;结合所划分的步态事件特征点,确定电刺激起始点T on。该文为足下垂治疗中功能性电刺激开启时间点的确定提供了一种新的辨识方法。

智能臂带式多生理参数监测设备的研制

目的:为更全面地获取人体的基本体征参数,研制一种可实时采集心电、血氧饱和度、血压、体温、体位/体动信号的智能臂带式多生理参数监测设备。方法:该监测设备硬件主要由主控模块、传感器采集模块、蓝牙通信模块、数据显示存储模块、外围控制模块组成,其中主控模块采用STM32L452单片机,传感器采集模块包括心电和体温模块、加速度模块、血氧模块和压力模块,外围控制模块主要包括按键控制模块和电源管理模块;软件包括下位机软件和上位机软件,其中下位机软件借助嵌入式开发平台Keil MDK以C语言进行编写,上位机软件基于LabVIEW平台进行开发。为验证该监测设备的功能和性能,对该监测设备无线传输和数据存储的稳定性及各生理参数和信号的采集功能进行测试。结果:测试结果表明,该监测设备可满足对传输可靠性和低功耗的需求,便携性和可穿戴性较好;体温、心率、血氧饱和度、收缩压、舒张压测量误差绝对值的最大值分别为0.08℃、2次/min、1%、4 mmHg(1 mmHg=133.32 Pa)、5 mmHg,具有较高的准确率。结论:该设备体积小、质量轻、功耗低,可实现对多种生理信号的监测,且能满足监测设备可穿戴性的需求。

基于CA-MobileNetV2的心肌梗死定位算法研究

为实现临床医疗设备快速辅助诊断心肌梗死(MI)发生的部位。在轻量化卷积神经网络MobileNetV2的基础上结合协调注意力(CA)机制设计出了一种高准确率的MI部位定位算法。从PTB数据集中筛选正常和MI病例的12导联心电图(ECG)样本,将ECG信号进行去噪处理。使用差分阈值法检测出ECG信号的R峰,根据R峰分割出心拍样本,使用心拍数据对所设计模型进行训练和测试。使用准确率、精度、灵敏度、特异性和混淆矩阵对模型的分类性能进行了评估。将训练集迭代60轮后,测试集的准确率达到了99.91%。结果表明,融合CA模块的MobileNetV2模型对于MI部位的定位具有很好的效果,有助于医疗设备实现MI的快速辅助诊断。