基于集合经验模态分解的人体结肠动力分析

针对目前临床上应用的便秘诊断措施有创且诊断效果不理想的问题,开展了基于无创检测设备获得胃肠道生理信息的研究。利用非线性分析方法分析人体结肠动力并找出正常人和便秘病人之间的区别,为临床诊断便秘提供参考。对8个正常人和10个便秘病人的结肠压力数据进行了分析。首先,通过阈值和集合经验模态分解(EEMD)有效滤除了结肠压力数据中的呼吸,咳嗽,电磁干扰等噪声;然后,提取了表征结肠动力的特征参数如结肠收缩频率,动力指数,平均收缩波峰值;最后,通过t检验比较了正常人和便秘病人结肠特征参数。结果显示:正常人和便秘病人的收缩频率,动力指数有明显统计不同(p0.05);然而,正常人和便秘病人的平均收缩波峰值没有明显统计差别。分析表明,收缩频率、动力指数可以区分正常人和便秘病人。     

肠道驻留机构的设计和实验

研究并设计了一种微型肠道驻留机构以实现胃肠道机器人在人体肠道特殊环境下的有效驻留。该驻留机构采用径向伸出三组腿的方式实现扩张,扩张后三组腿仍然处于封闭状态,从而有效降低了肠道组织被夹住的风险。对驻留机构与肠道之间的相互作用进行了建模分析,并将驻留机构的驻留力分为库伦摩擦力和边缘阻力两部分,分析了其产生机理。通过实验测试了驻留机构的扩张力以及驻留力。实验结果表明:驻留机构的扩张力与理论分析较为接近,驻留力大小与肠道直径、驻留腿扩张直径以及驻留机构速度有关。当驻留腿的扩张直径为20~26mm时,驻留力大小为0.15~0.4N;当驻留腿扩张直径大于26mm时,驻留力迅速增加,为0.5~1.8N。设计的肠道驻留机构体积小、安全,可较好地适应肠道的生理环境,并为肠道诊疗微型机器人驻留机构的设计提供了一种新的思路。     

新型弹性缩放式人工肛门括约肌系统研究

为治疗肛门失禁问题,设计一种基于弹性缩放原理的新型人工肛门括约肌系统。弹性缩放式假体内壁嵌入超薄(0.208mm)生物压力传感器,感知假体开合程度,在体内控制单元的控制下,实现对肠道的精准咬合与释放;在假体闭合状态下,假体内嵌传感器实时感知肠道压力变化,根据此压力参数,系统智能识别便意并实现排便预警。括约肌系统设置体外便捷式遥控端,方便患者自主选择排便时间;系统采用经皮能量传输方式实现安全供能。开展了针对假体的力学实验,与血供安全力学分析,保证假体的缩放功能符合临床应用要求。进行3次离体实验,其结果验证了系统的控便稳定性并初步取得便意阈值。     

胶囊内窥镜的无线能量传输系统优化设计

随着无线胶囊内窥镜的发展,无线能量传输技术越来越受到人们的关注.无线能量传输技术在应用过程受到尺寸、安全性等诸多因素的约束,如何在这些约束条件下设计安全、高效的无线能量传输系统是目前研究的重点.提出了磁场均匀度、频率稳定度、三维线圈姿态稳定度和接收能量均匀度等指标来综合评价能量传输系统性能,设计并实现了测试平台来测量这...     

计算机X射线影像（CR）图像质量原理和测试方法

针对计算机X射线影像（CR）扫描仪研发过程中对图像质量评价的需要,对CR图像质量原理进行了研究和归纳,并总结了一套测试方法。测试方法涵盖了CR图像质量中最常用的几个指标：空间分辨率、对比度分辨率、空间精度、图像噪声、CNR、量子探测效率（DQE）、MTF、伪影和擦除率等。根据这套测试方法对某CR原型机进行了验证,满足了设计和制作过程中对图像质量评价的需要。     

用于胃肠道微型机器人的组合螺线管式无线能量发射系统研究

为保障胃肠道微型机器人在体内稳定、可靠工作,以扩大无线能量传输系统的工作范围、提高接收能量及其稳定性为目标,研究了新型组合螺线管式无线能量发射系统。通过有限元仿真分析,确定发射线圈的最佳结构及结构参数。基于最小传输能量要求及所提出的发射线圈性能评估指标,优化确定发射线圈的匝数。研制的发射线圈尺寸为50 cm×50 cm×42 cm,较传统的亥姆霍兹线圈在轴线方向上扩大了17 cm,可以更完整的覆盖人体胃肠道区域。实验结果表明,采用边长为12 mm的三维正交能量接收线圈,在发射线圈内任意位置及姿态下,负载接收能量超过660 mW。在发射线圈非边缘区域,接收能量的位置稳定度超过了80%,能够较好的满足为胃肠道微型机器人供能的实用要求。     

结肠诊疗微机器人控制系统的设计和实现

为了实现对人体消化道的无损检查及治疗,基于结肠主动检查和肿瘤热疗的控制要求,设计并实现了结肠诊疗微机器人控制系统.首先,设计了结肠诊疗机器人系统的硬件组成模块和硬件电路;基于射频双向无线通信,给出了软件通信流程和通信时序的实时性要求.之后,驱动运动机构完成仿尺蠖的蠕动运动,并采用PID型广义预测算法控制加热线圈对肠道实施热疗,控制转台角度可旋转观察肠壁图像.最后,通过管道实验和动物活体实验,验证了系统的控制性能.实验结果表明:射频双向通讯可在0.6s内完成控制命令的发送和诊查数据的接收,机器人运动步态连续稳定,视频摄像头可查看肠道前方和侧壁0～360°的图像,对肠道肿瘤实施热疗能在50 s内稳定到热疗温度设定值.设计的系统基本满足结肠机器人对肠道实时诊查和热疗的要求.     

间歇工作图像胶囊内窥镜的设计与实验

针对图像胶囊内窥镜受到能量限制而工作时间较短的问题,基于图像胶囊在人体肠道蠕动的速度设计了一种间歇工作模式的微型化、低功耗图像胶囊内窥镜。采用霍尔开关代替干簧管作为电源总开关,进一步降低了图像胶囊的体积。通过对电池电源模块、模拟开关电路和软件进行设计研究,实现了无线发射和照明电路的间歇供电和图像传感器的间歇休眠。动物实验验证了整个系统的工作时间和可行性。结果表明,整个系统的尺寸仅为Φ12mm×25mm,1s间隔工作模式下系统的工作时间超过9h。     

基于CF卡的无线胶囊内窥镜体外接收存储系统

本文介绍了一种基于CF卡的无线胶囊内窥镜体外接收存储系统的结构与原理。该系统采用高速单片机对接收的图像帧进行同步,采用FIFO对接收到的高速图像数据进行缓存,并在FPGA和单片机的共同控制下于胶囊休眠期将数据写入数据卡,成功实现了实时记录长时间图像数据的功能,提高了系统的可靠性。     

MultiMediaCard及其与单片机接口

MultiMediaCard是Sandisc公司推出的大容量串行Flash存储卡,外形尺寸为32mm×24mm×1.4mm,质量小于2g,7针引脚,便于开发设计小型的移动数码设备。本文重点介绍此类存储器与PIC单片机的接口,给出实际的电路设计和软件代码示例。