基于能量的生物组织吻合技术研究进展

生物组织吻合是现阶段外科手术面临的重要挑战。传统的手工针线缝合和机械吻合器吻合易导致吻合口出血、吻合口狭窄、吻合口瘘等并发症,而基于能量的生物组织吻合技术可明显简化操作流程,缩短手术时间,减少术后排异反应,极具临床应用潜力。该文综述了超声、激光、射频电流等能量在生物组织吻合中的应用,同时对三种能量的吻合机理进行了初步探讨,为能量组织吻合技术的研究和应用提供理论参考。

微创肛瘘封堵器的结构设计与实验研究

目的设计一种适用于肛瘘内口闭合手术的封堵器,研究封堵器的结构设计以及植入物与组织的相互作用,评估内口封堵性能。方法对封堵器进行整体结构设计与样机制作;建立封堵有限元模型,研究封堵过程中组织的应力分布及损伤面积;搭建组织穿刺实验平台对仿真模型及结果进行验证;搭建拔出力实验平台对内口封堵效果进行评估。结果封堵过程中,进给机构的最大扭矩为36 mN·m,组织的最大应力为19.75 MPa,其损伤面积为1.35 cm^(2)。有限元理论模型与实验结果基本吻合,最大拔出力达到5.11 N。结论封堵过程中的组织损伤面积满足肛瘘的微创治疗要求。设计的微创肛瘘封堵器可实现内口的有效封堵,有助于医生更加便捷、快速、有效地完成肛瘘的微创手术。

射频能量肠道焊接技术的研究进展

肠道吻合是肠道外科手术中的重要环节,其吻合效果直接关系到手术完成的质量和患者术后的恢复状况。近年来,射频能量肠道焊接技术以其无针创、弱炎性反应、易于控制、操作简便等特性,受到国内外学者的重视。虽然该技术具有巨大的发展潜力,但目前各研究团队的相关工作相对比较分散。本文对该技术的研究进展及方向进行了综述,以期为相关研究人员提供一定的借鉴作用。

近红外与荧光光谱法检测血糖试验研究

采用荧光光谱法检测血糖。结果表明,检测血清的最佳激发波长为340 nm,血清中葡萄糖的发射峰位置为470 nm。随着血清中葡萄糖浓度的增加,荧光光谱图中荧光峰处荧光强度,面积积分强度整体呈上升趋势,荧光峰的半峰全宽整体呈现下降趋势。利用近红外光谱法检测血糖,血清可分辨的光谱区域位于5 600~6 060 cm-1范围内,不同血糖浓度的吸收峰均位于5 768 cm-1处。随着血糖浓度的增大,其吸收峰处的吸光度逐渐增大,面积积分强度也呈上升趋势。分析二者的优缺点,荧光分析法受外界因素的干扰更小,精确度更高,光谱参数与血糖浓度之间的规律更明显,在有创检测方面具有更明显的优势,而近红外光谱法检测血糖则在无创血糖检测方面具有更大的潜力。

鼻咽组织荧光寿命影响因素研究

本文在研究了离体人体鼻咽正常组织和癌变组织的荧光寿命的基础上,实验研究了生理盐水的浓度、组织光学特性参数、激发光源的偏振性对癌变和正常鼻咽组织的荧光寿命的影响。实验结果表明:组织的光学特性参数对组织的荧光寿命有不同程度的影响;而不同浓度的生理盐水和光源的偏振性对组织的荧光寿命没有显著的影响。荧光寿命与该发射荧光的强度没有关系,只决定于局部环境,受微环境的物理化学性质因素的影响,因此荧光寿命作为人体组织癌变的检测方法,有着很好的应用前景。

具有压力检测功能的电动吻合器钉砧结构设计与实验研究

胃肠道微创手术是目前应用最为广泛的微创手术之一,其可以减少病人的术后痛苦且恢复时间相较于传统手术更短,但由于其手术过程缺乏开放式手术的直接反馈,导致医生容易误操作,造成术后后遗症。因此本文设计了一种可拆卸式的多功能检测钉砧,通过内置力和阻抗传感器,完成了压力传感器的研发及其压力值的矫正,可以降低医生的主观判断以及对手术结果的误差率。通过实验验证,压力检测钉砧的系统采样率为50 SPS,系统的稳定性误差为0.543%,校准量程为0~60 N,压力的最小分辨率为0.3 N。电动吻合器压力检测钉砧具有良好的测量精度,系统稳定性满足设计要求,可以更换钉仓重复使用。

介入手术中导管导向机器人技术的发展

微创介入手术是治疗血管疾病的主要手段之一,导管是介入手术的主要操作工具之一,由于血管系统的复杂和狭小,医师要徒手完成导管在血管内的精准操作十分困难。所以,导管导向机器人的研究也随着微创介入手术的出现而产生了。此文首先综述了导管导向机器人的产生及发展历史,然后分别介绍了世界各国研究人员在导管导向机器人方面进行的主要阶段性研究成果、最新研究进展,最后对导管导向机器人的发展做了一下展望。

基于分数阶积分算法的OCT图像去噪研究

散斑存在于光学相干层析成像(OCT)信号中,不可避免地影响OCT图像质量。通过对OCT系统中的噪声源进行分析,提出了一种傅里叶域OCT图像散斑噪声降噪的分数阶积分算法。为了克服单纯主观视觉判别图像质量的局限性,均方误差、峰值信号噪声比和边缘保护系数被选为图像去噪评估标准。通过实验与中值滤波和维纳滤波方法进行比较,结果表明,该算法可以有效地保留OCT图像中的重要边缘细节信息,同时有效消除噪声,使图像细节清晰,提高图像质量。

可回收外周血管支架设计与生物力学研究

为解决传统支架长期滞留体内诱发支架内再狭窄的问题,设计一种新型可回收外周血管支架,并对其安全性与有效性进行力学分析。首先建立支架和外周斑块血管有限元模型,对支架进行压握、自由扩张过程的有限元分析,比对分析结果与径向支撑力测试结果,发现误差小于10%,验证了支架有限元模型有效性;在此基础上,再对支架植入及回收过程进行仿真模拟,分析与血管耦合条件下支架与血管生物力学性能。压握过程中支架最大应变为5.919%,回收过程中支架所受等效应力最大值为691MPa,均小于支架材料镍钛合金最大弹性应变及屈服应力。自膨胀扩张过程中血管所受最大等效应力值为0.592 6MPa,支架回收过程中血管所受等效应力最大值为0.536 6MPa,均小于血管损伤应力。试验结果表明,新型可回收外周血管支架理论上是可回收的,并且在植入以及回收过程中,其力学性能安全可靠。

基于压缩感知的频域OCT图像稀疏重构

为了减轻频域光学相干断层扫描成像(Frequency Domain Optical Coherence Tomography,FD-OCT)中高数据量导致的后续数据采集与处理系统的压力,同时解决成像时间和成像质量之间的矛盾,引入了压缩感知技术,并对该技术中的重构算法进行了重点研究。首先,通过分析压缩感知技术的框架,利用离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)获得频域OCT图像的稀疏表示。接着,利用高斯随机矩阵对OCT图像进行线性观测。然后,研究了FOCUSS(Focal Underdetermined System Solver)重构算法的原理,并在算法中结合分块思想、引入正则项lp范数以及嵌入各向异性平滑算子。最后,组合所有小图像块,得到整幅频域OCT图像的压缩感知重构结果。实验结果表明:改进重构算法的运行时间由78.65 s缩短为1.89 s,并且显著改善了图像块效应,将重构图像的PSNR值提高了1.6~2.7 dB,SSIM值可达到0.9383。压缩感知技术可以用较小的采样数据量精确重构出原始频域OCT图像,改进FOCUSS重构算法可以在一定程度上实现频域OCT图像重构效率和重构质量的平衡。

荧光分析法在血糖检测中的应用

用不同波长的光激发葡萄糖溶液和血清样品,确定血清的最佳激发波长。以相同波长的光激发含不同血糖浓度的血清样品,得到不同血清的荧光发射光谱,通过分析其荧光光谱判断血清中的血糖浓度大小。实验结果表明,检测血清的最佳激发波长为340nm,血清中葡萄糖的发射峰位置为470nm;随着血清中葡萄糖浓度的增加,荧光光谱图中荧光峰处荧光强度总体呈上升趋势,光谱的面积积分强度和导数光谱中一阶导数的最大值也呈上升趋势,荧光峰的半峰宽整体呈现下降趋势。荧光光谱分析法操作简单,灵敏度高,费用相对较低,为血糖检测提供了有力的参考。

一种眼底黄斑水肿OCT图像分割方法

黄斑水肿(ME)被认为是增殖性糖尿病视网膜病变的主要适应症之一,由于视网膜下层中蛋白质沉积物的积累,ME引起视网膜肿胀。光学相干断层成像(OCT)通过显示黄斑病变的横截面视图提供了ME的早期检测。文章提出了一种新的算法,即改进遗传算法和最佳熵法相结合的方法,可以在前期工作的基础上提高时间效率,从5s提高至0.7s。算法首先对图像预处理,排除血管和散斑噪声对分割效果的影响,再将信息熵作为遗传算法(GA)的适应度函数,将最大熵作为遗传算法的收敛准则。经过遗传操作,得到最佳阈值,对黄斑水肿OCT图像进行分割,然后对得到的二值图像进行边界平滑处理,得到最终的分割图像。所述方法对300张黄斑水肿OCT图像进行了分割,与Canny算子、OTSU分割算法和临床医生手动分割结果相比较。结果表明,算法能够快速准确提取黄斑水肿区域,为临床诊断和治疗提供了定量分析的工具。

基于字典算法的OCT图像散斑稀疏降噪

光学相干层析扫描(OCT)作为一种新型无创高分辨率扫描方式,在临床上得到广泛应用,但是OCT图像本身存在严重的散斑噪声,这大大影响了疾病的诊断。本文针对OCT图像中的乘性散斑噪声,改进了两种原始字典降噪算法。该算法首先对OCT图像进行对数变换,采用正交匹配追踪算法进行稀疏编码,以及K奇异值分解学习算法进行自适应字典的更新,最后通过加权平均以及指数变换回到空域。实验结果表明,本文改进的两种字典算法能有效降低OCT图像中的散斑噪声,获得良好的视觉效果。并通过均方误差(MSE)、峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)以及边缘保持指数(EPI)四个指标评价降噪效果,与两种原始字典降噪算法和传统滤波算法相比,两种改进字典算法降噪效果优于其他算法,其中自适应字典算法表现更好。

新型可回收血管支架的设计与有限元分析

目的针对药物洗脱支架植入后引起的早期再狭窄问题,对镍钛合金血管支架进行结构上的可回收设计和生物力学分析。方法建立可回收血管支架及其回收系统的几何模型,其中支架回收部为圆台形网状结构,由4个对称分布的回收筋组成;分析支架在压握过程中的最大主应变分布、压握及自膨胀均匀性等,并对支架的回收过程进行仿真实验。结果当支架被压握至最小尺寸时,其最大应变为3.7%,不均匀性指数为0.62%;当支架自膨胀结束时,其不均匀性指数为1.31%;当1/2支架被回收进外鞘管时,最大应变为1.52%;而支架在回收过程中并未发生断裂或"卡顿"情况。结论支架应变在其安全范围之内,且支架的压握及自膨胀过程较均匀,能够被安全、顺利地回收进外鞘管中。研究结果可以为可回收血管支架的结构设计、生物力学分析和临床应用提供重要参考依据。