基于深度学习的胆结石分类方法研究与验证

目的建立一种基于深度学习的胆结石分类方法,并对其进行验证。方法收集同济大学附属东方医院618例胆结石样本,拍摄1023张高清结石剖面图像,构建胆结石剖面图像数据集。以传统胆结石八分类法为基础,利用深度学习与迁移学习的方法,训练轻量化网络模型MobileNet V3实现胆结石的快速精准分类,使用混淆矩阵评估模型通过准确率、精确率、F1分数和召回率等指标评估模型的分类性能,并通过准确率和损失值对改进的MobileNet V3模型进行验证。结果改进的MobileNet V3模型的准确率(94.17%)、精确率(94.03%)、F1分数(92.96%)和召回率(92.99%)均优于其他网络。改进的MobileNet V3模型在胆结石剖面分类中取得了最高的准确率(94.17%),并通过测试集验证。混淆矩阵图显示各类别胆结石的加权平均后的准确率为92.0%,精确率为92.6%,F1分数为92.2%。结论建立了一种基于深度学习的胆结石分类方法,具有较高的识别准确率,为胆结石的智能化识别提供了新的思路。

电磁弹射式内镜缝合器的设计和实验研究

目的设计一种新型的用于内镜缝合的电磁弹射器,以实现缝合钉的连续发射。方法依据电磁弹射的基本原理,设计缝合钉结构和电磁弹射装置,并制作样机;构建电磁弹射装置的有限元模型,研究电枢-线圈中心距和不同驱动电压对缝合钉出射速度的影响;搭建电磁弹射速度实验平台,采用高速摄影机对出射速度进行检测;搭建缝合钉嵌入实验平台,测量不同电压下发射速度对嵌入胃壁组织的影响;搭建缝合钉拔出力实验平台,对不同驱动电压下缝合钉嵌入组织的效果进行拔出力评估。结果设计了缝合钉结构和电磁弹射装置,并制作了样机。出射速度随着电枢-线圈中心距的增大,先增加后降低,且在中心距为18 mm时,出射速度最大,为15.81 m/s。中心距为18 mm时,电压与出射速度呈线性关系,缝合钉实验值与仿真值基本吻合。驱动电压为150~180 V时,缝合钉均可成功嵌入组织中,且180 V电压组的嵌入程度更深。120、150、180和210 V电压下缝合钉的拔出力分别为(0.49±0.19)、(1.14±0.19)、(1.23±0.15)、(1.85±0.31)N。结论设计了一种新型的电磁弹射式内镜缝合器,能够实现缝合钉连续发射,为智能化微创外科手术器械提供了一种新的远距离驱动方式。

射频组织焊接散热电极的创新结构设计与实验验证

在射频组织焊接中,热损伤过大会导致组织坏死,影响术后恢复,为减少热损伤,需要有效地降低热扩散。本研究设计了一种采用空气强制对流方式散热的新型组织焊接电极,建立了有限元模型并对其散热性能进行分析,同时采用猪小肠进行离体组织焊接实验,验证散热电极的可行性和有效性。有限元分析结果显示,普通平板电极焊接温度为91.3℃,热损伤范围1.40 mm,散热电极温度61℃,热损伤范围0.77 mm;离体实验结果显示,平板电极温度为88.5℃,热损伤范围1.27~2.84 mm;散热电极温度为64.9℃,热损伤范围0.88~1.76 mm。仿真与离体实验结果均表明,在射频组织焊接电极处增加散热装置,可以有效降低焊接温度,减少组织热损伤。因此,该散热装置对促进电极散热,减少热量在组织中的聚集具有显著作用。本研究结果为射频组织焊接电极结构的优化与设计提供了新的思路和方法。

单线型低温等离子消融电极的结构设计与实验验证

目的设计一种单线型低温等离子消融电极,解决传统电极难以生成均匀、连续和稳定微气泡的问题,提高低温等离子体的消融与切割效果。方法在SolidWorks 2021三维建模软件中对低温等离子三线型电极与单线型电极结构进行建模,并通过3D打印制作样机。通过COMSOL Multiphysics 6.1软件对2种电极消融过程进行电场和温度场的有限元分析,并通过温度测试实验验证有限元仿真模型的有效性和正确性;通过组织消融实验和低温等离子体激发实验分别比较2种电极的消融效果和等离子体激发过程。结果有限元分析结果显示三线型与单线型电极的表面最高温度分别为70.2、63.3℃,其中单线型电极的表面温度更加理想,2种电极的表面最大电场强度均超过了1.0×10^(7) V/m,达到了微气泡被击穿的电场条件。三线型电极工作电极2端的电场强度远高于其余区域,而单线型电极的电场强度则无明显突变与波动。2种电极表面和距离电极表面1 cm处温度的实验值与仿真值基本一致,拟合度良好,相对误差为3.2%。单线型电极作用在猪脂肪上的消融温度最高为46.8℃,消融后,形态上无焦化区域,在1 s内可达到0.5 mm的组织切割深度。接入能量平台后,单线型电极工作电极表面会产生微气泡;通电6 ms时,工作电极表面完全被微气泡覆盖;通电9 ms时,低温等离子体被激发,可以看到呈蓝紫色光的等离子体;通电25 ms时,产生的微气泡依然规则、稳定。结论设计了一种单线型低温等离子消融电极,可以生成均匀、连续和稳定的微气泡,实现了比传统电极更好的消融与切割效果。