血管介入微创手术机器人系统控制研究 被引量：2

1

作者 项毓嘉 谢叻 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第3期231-234,共4页

医生在进行血管介入手术过程中需要实时的X射线图像引导,而长时间的射线辐射会严重危害医生的健康.为了减小介入医生在手术过程中受到的辐射伤害,该文研究了一款基于双主手控制的血管介入微创手术机器人系统,并对其整体框架和控制方法... 医生在进行血管介入手术过程中需要实时的X射线图像引导,而长时间的射线辐射会严重危害医生的健康.为了减小介入医生在手术过程中受到的辐射伤害,该文研究了一款基于双主手控制的血管介入微创手术机器人系统,并对其整体框架和控制方法进行研究.医生可通过上位机界面交互,进行主从遥操作,驱动从端机构完成介入手术操作.最后进行了血管模型试验,验证了该文的介入手术机器人具备多器械协同递送的功能. 展开更多

关键词 血管介入 主从控制 遥操作 多器械协同

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用于微型胃肠道胶囊机器人供能的U型发射线圈无线能量传输系统设计与实验 被引量：3

2

作者 孟一村 颜国正 +1 位作者 汪炜 陈范吉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1881-1890,共10页

为了解决微型胃肠道胶囊机器人或其他可植入医疗设备无法使用电源线供电以及无线能量发射系统性能差的问题,本文提出了一种新的U型发射线圈无线能量传输系统。与传统的螺线管对式的发射线圈相比,通过结构的改进,首次将磁芯加入到了发射... 为了解决微型胃肠道胶囊机器人或其他可植入医疗设备无法使用电源线供电以及无线能量发射系统性能差的问题,本文提出了一种新的U型发射线圈无线能量传输系统。与传统的螺线管对式的发射线圈相比,通过结构的改进,首次将磁芯加入到了发射线圈中。该系统可以极大地改善传输过程中传输效率低,机器人接收功率低的问题。本文建立了所提出的U型发射线圈无线能量传输系统的理论模型,并通过有限元模拟对其进行了分析。搭建了U型发射线圈无线能量传输系统平台对其能量传输效率和接收线圈的接收功率进行了测试,以验证所提出设计的有效性。实验结果表明,所提出的U型无线能量传输系统的传输效率最高达到14.13%,接收功率最高为3 780.75 mW,能够满足机器人工作的功率要求。 展开更多

关键词 微型胃肠道胶囊机器人 无线能量传输 电磁感应 发射线圈 传输效率

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用于肠道机器人的螺旋式平板发射线圈对设计 被引量：5

3

作者 庄浩宇 颜国正 +1 位作者 赵凯 费倩 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期84-90,共7页

传统的肠道机器人无线能量传输系统发射线圈普遍采用中空圆柱体轴向绕线的方式,空间占用体积较大,限制了被检查者的活动空间,绕制复杂。本文提出了一种用于肠道机器人松耦合无线能量传输系统的发射线圈结构,由方形螺旋式绕制的平板线圈... 传统的肠道机器人无线能量传输系统发射线圈普遍采用中空圆柱体轴向绕线的方式,空间占用体积较大,限制了被检查者的活动空间,绕制复杂。本文提出了一种用于肠道机器人松耦合无线能量传输系统的发射线圈结构,由方形螺旋式绕制的平板线圈对组合而成,极大缩减了线圈的轴向长度,有效减少了发射线圈的体积,线圈结构更为简单轻薄。介绍了无线能量传输系统的工作原理,通过Comsol仿真分析了所设计线圈的磁场分布规律。最后,实验验证了该能量发射装置设计的可行性,并确定了最佳谐振频率。实验结果表明,在工作频率为213 kHz时,线圈对中心处无线能量传输系统的功率为787 mW,传输效率为5.7%,能够满足肠道机器人的功率需求。 展开更多

关键词 肠道机器人 发射线圈对 无线能量传输 谐振频率

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胃肠道机器人的无线能量传输系统的优化 被引量：1

4

作者 费倩 王志武 +2 位作者 颜国正 庄浩宇 付文浩 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1598-1608,共11页

胃肠道机器人的无线能量传输(WPT)系统的性能易受到尺寸、安全性等诸多因素的影响。为使胃肠道机器人在这些限制下依然能够安全稳定地接收能量,本文建立了系统的数学模型,并用智能优化算法对其进行优化。采用平板螺旋线圈作为系统的发... 胃肠道机器人的无线能量传输(WPT)系统的性能易受到尺寸、安全性等诸多因素的影响。为使胃肠道机器人在这些限制下依然能够安全稳定地接收能量,本文建立了系统的数学模型,并用智能优化算法对其进行优化。采用平板螺旋线圈作为系统的发射线圈,建立能量传输系统优化的数学模型。接着,根据安全性、功率要求等限制分析系统的约束条件,并以效能积作为优化函数。对粒子群优化算法进行改进,并引入布谷鸟搜索策略。最后,用改进的粒子群算法对系统进行优化,并对优化后的参数进行了实验验证。实验结果表明:系统传输效率为10.2%,接收功率为637 mW,达到预期结果。优化后的WPT系统基本满足了胃肠道机器人能量传输的要求。 展开更多

关键词 胃肠道机器人 无线能量传输 传输效率 粒子群算法

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肠道机器人获取的肠道图像降噪处理方法

5

作者 薛蓉蓉 王志武 +1 位作者 颜国正 庄浩宇 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1303-1309,共7页

无线供能式肠道机器人通过图像采集系统将拍摄到的肠道图像传输到体外上位机供医生诊断,但由于图像传输过程会受到电路结构、外在环境等干扰,导致采集到的图像中出现噪声.为此,提出一种基于非下采样轮廓变换(NSCT)的无线供能式肠道机器... 无线供能式肠道机器人通过图像采集系统将拍摄到的肠道图像传输到体外上位机供医生诊断,但由于图像传输过程会受到电路结构、外在环境等干扰,导致采集到的图像中出现噪声.为此,提出一种基于非下采样轮廓变换(NSCT)的无线供能式肠道机器人采集图片的降噪算法.首先,利用直方图均衡化预处理,提升肠道噪声图片的亮度和对比度;其次,对肠道噪声图片进行NSCT变换并构建残差网络模型对变换后的频率域信息降噪;最后,利用NSCT反变换重构得到降噪后的图像.结果表明:该算法能够有效地降低复杂环境中肠道图片受噪声的影响,较好地保持图像的视觉效果.与其他智能算法模型相比,主客观降噪效果均有所提高,峰值信噪比(PSNR)提升了1.35~3.45 dB,结构相似性(SSIM)提高了0.0083~0.0252. 展开更多

关键词 无线供能式肠道机器人 非下采样轮廓变换 卷积神经网络

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磁共振弹性成像横观各向同性模型参量估计

6

作者 马盛元 张爱丽 +4 位作者 孙青芳 刘军 严福华 杨广中 冯原 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期238-238,共1页

目的磁共振弹性成像(MRE)技术能够无创测量人体软组织的力学特性。尽管目前研究多集中于各向同性模型,但针对脑白质和肌肉等横观各向同性组织,尚缺乏高效的参数估计方法。本研究采用行波分解模型,为横观各向同性弹性模型提供了一种新的... 目的磁共振弹性成像(MRE)技术能够无创测量人体软组织的力学特性。尽管目前研究多集中于各向同性模型,但针对脑白质和肌肉等横观各向同性组织,尚缺乏高效的参数估计方法。本研究采用行波分解模型,为横观各向同性弹性模型提供了一种新的闭式解析解,并在仿真和实验中验证了其有效性。方法从行波分解模型出发,结合横观各向同性模型中波的偏振和波速与传播方向以及纤维方向的关系,获得了横观各向同性参数和波场以及纤维方向的直接关系,并得到参数的直接解析解。并设计了前置低通滤波器做预处理,以及多频率多测量的融合,最终得到稳定的横观各向同性参数估计方法。结果本文通过异质性仿真实验验证了算法在参数估计和异质性结构识别的准确性。牛肉弹性成像和动态流变测试进一步证实了算法的可靠性,本方法结果与离体测试结果相符。在人脑磁共振弹性成像中,该方法准确恢复了白质区域的力学参数分布。结论本研究从行波分解的角度出发,提出了一种快速准确的横观各向同性弹性模型反演方法。仿真和实验验证表明,该方法能够有效估计异质性复杂纤维组织的各向异性力学参数,为深入理解生物组织的力学特性及相应疾病的监测提供了新的视角和工具。 展开更多

关键词 磁共振弹性成像 横观各向同性 弹性模型 纤维方向 纤维组织 分解模型 脑白质 参量估计

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面向阿尔茨海默病的多模态多尺度脑生物力学

7

作者 马盛元 孔令晗 +12 位作者 金巍 金慧京 赵培钧 邱苏豪 索倩 张爱丽 孙青芳 冯西桥 汤耀辉 刘军 严福华 杨广中 冯原 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期194-194,共1页

目的阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病,随着社会老龄化程度的加深,给社会和个人造成沉重负担。当前针对AD的诊断和评估主要采用对脑脊液中Aβ蛋白开展穿刺化验,或用注射核素采用PET成像方法对葡萄糖代谢或特异蛋白开展检测,尚... 目的阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病,随着社会老龄化程度的加深,给社会和个人造成沉重负担。当前针对AD的诊断和评估主要采用对脑脊液中Aβ蛋白开展穿刺化验,或用注射核素采用PET成像方法对葡萄糖代谢或特异蛋白开展检测,尚缺乏无创简便的早期诊断和随访方法。研究表明,脑组织生物力学特性变化与退行性疾病密切相关。在不同尺度下采用生物力学理论和方法对AD的进展开展相关机制和表征开展研究,有助于AD早期诊断和治疗。方法在组织层面,采用磁共振弹性成像(MRE)技术对早期认知障(MCI)碍患者的脑生物力学特性开展在体测量,分析组织黏弹力学特性及其全脑分布的网络特征对MCI的诊断效能。在微观细胞层面,对Aβ蛋白影响下,采用原子力显微镜(AFM)对神经元细胞的力学特性变化开展测量,并基于显微成像的细胞骨架特征开展细胞力学建模,并针对Aβ蛋白诱导的力学变化开展机制分析。结果脑组织剪切模量在老年组显著下降,且MCI患者的脑组织弹性模量对比健康老年人也具有显著下降特征。全脑弹性模量的分布呈现小世界属性,对比健康对照其图网络结构在MCI患者中具有显著变化。神经元细胞在Aβ蛋白诱导下也呈现出软化特征,其细胞骨架结构也呈现空间分布的差异。神经元细胞的力学模型分析表明Aβ蛋白诱导的骨架变化是其总体力学特性变化的重要原因。结论生物力学特性在宏观和微观尺度下可以作为AD的生物标记,并揭示其发生机制。 展开更多

关键词 AΒ蛋白 神经元细胞 生物力学特性 神经退行性疾病 葡萄糖代谢 生物标记 多模态 小世界属性

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无线胶囊内窥镜新型接收线圈结构设计与分析方法 被引量：16

8

作者 邝帅 颜国正 +2 位作者 王志武 姜萍萍 韩玎 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期55-63,共9页

目前无线胶囊内窥镜(WCE)供应能量过低,限制了其诊查胃肠道病灶的性能。基于此提出了镂空三维接收线圈,线圈里可放置无线胶囊其他模块,进一步缩小无线胶囊体积。根据电磁场理论提出单匝分析法,分析了此线圈感应电动势和接收功率,并提出... 目前无线胶囊内窥镜(WCE)供应能量过低,限制了其诊查胃肠道病灶的性能。基于此提出了镂空三维接收线圈,线圈里可放置无线胶囊其他模块,进一步缩小无线胶囊体积。根据电磁场理论提出单匝分析法,分析了此线圈感应电动势和接收功率,并提出均匀度性能指标建立最优化模型,得出线圈最优设计参数;搭建角度姿态旋转平台测量线圈的感应电动势,实验测得感应电动势与理论值误差小于6%,验证了单匝分析法和线圈设计的合理性;将此线圈供能的无线胶囊内窥镜植入活体猪小肠内,得到的图像传输速率稳定为30 f/s,分辨率为400×400。新型线圈可给胶囊内窥镜提供充足稳定的能量,用于胃肠道疾病诊查。单匝分析法的应用不仅限于此结构的线圈,也可用于他它发射、接收装置相对位置和角度变化的植入式医疗设备的功率分析,并且此方法可用于求解发射和接收两级线圈之间的互感等电磁参数。 展开更多

关键词 无线胶囊内窥镜 无线能量传输 微型精密医疗设备 性能优化 接收线圈 电磁场理论

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深度卷积神经网络模型辅助下结直肠息肉检测系统对初级医师结直肠小息肉检出率的影响 被引量：6

9

作者 王晓峰 周璐 +4 位作者 姚乐宇 何凡 彭海霞 杨大明 黄晓霖 《上海交通大学学报（医学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期205-210,共6页

目的·探究基于人工智能(artificial intelligence,AI)技术中深度卷积神经网络(deep convolutional neural network,DCNN)模型构建的计算机辅助检测(computer-aided detection,CADe)系统对缺乏电子结肠镜操作经验的初级医师结直肠... 目的·探究基于人工智能(artificial intelligence,AI)技术中深度卷积神经网络(deep convolutional neural network,DCNN)模型构建的计算机辅助检测(computer-aided detection,CADe)系统对缺乏电子结肠镜操作经验的初级医师结直肠息肉检出率的影响。方法·选取上海交通大学医学院附属同仁医院内镜中心数据库2019年1月—2020年12月的结肠镜图像及2021年1月—3月的结肠镜视频。将筛选出的图像和视频分为数据集1(5908张图像)和数据集6(360条短视频),数据集1分为数据集1a(4906张图像)、数据集1b(300张图像)和数据集1c(702张图像);其中,数据集1c为从视频数据集6中截取的图像。数据集2~5分别为公共数据集CVC-ClinicDB、CVC-ColonDB、ETIS-Larib Polyp DB和KVASIR,共包含2188张图片。数据集1a和数据集2~5为模型训练集,数据集1b和数据集1c为模型测试集。将10名经过培训且无结肠镜操作经验的初级医师随机分为AI辅助组(A组,n=5)及无AI辅助组(B组,n=5)。2组医师分别对360条结肠镜视频进行判读。前180条视频两组均无AI辅助。后180条视频中,AI辅助组辅以息肉检测系统,将视频数据集经检测系统处理后标记息肉,供研究者判读;无AI辅助组则观看原始视频,判读是否存在息肉。所有视频先由2位高年资内镜医师确认是否存在息肉;若存在争议,则剔除该视频,并以这2位医师共同确认的诊断结果为金标准。视频中存在息肉,受试者未能检出,视为漏诊;视频中无息肉,受试者判断存在息肉,视为误诊。结果·前180条视频均无AI辅助时,A组与B组结直肠息肉漏诊例数比较,差异无统计学意义;后180条视频中,A组息肉检出漏诊例数明显小于B组(P=0.031);在A组内比较,后180条视频中的息肉漏诊例数小于前180条视频,差异具有统计学意义(P=0.007)。2组间及各自组内的息肉误诊例数比较,差异均无统计学意义。结论·该研究所构建的DCNN模型辅助下的结直肠息肉检测模型可以明显改善缺乏结肠镜操作经验医师的结直肠息肉检出率,同时不会增加结直肠息肉的误诊。 展开更多

关键词 人工智能 深度卷积神经网络 计算机辅助检测 结直肠息肉

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基于人群大队列探索心脑血管疾病相关血浆代谢组学特征 被引量：2

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作者 张梦吉 黄琳 +7 位作者 李峥 马卓然 魏霖 袁安彩 胡刘华 张薇 钱昆 卜军 《上海交通大学学报（医学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期259-266,共8页

目的·采用纳米增强激光解吸电离质谱技术采集大队列人群的血浆代谢指纹图谱,为心脑血管疾病的发生发展提供代谢组学差异解释。方法·所有样本来源于上海市浦东新区自然人群队列。于2019年2—8月期间纳入符合标准的14419例队列... 目的·采用纳米增强激光解吸电离质谱技术采集大队列人群的血浆代谢指纹图谱,为心脑血管疾病的发生发展提供代谢组学差异解释。方法·所有样本来源于上海市浦东新区自然人群队列。于2019年2—8月期间纳入符合标准的14419例队列成员,分别为冠心病单患组1608例,脑卒中单患组461例,心脑血管疾病共患组(冠心病+脑卒中)145例和对照组12205例,并进行前瞻性血浆样本采集。采用课题组开发的纳米材料增强激光解吸电离质谱技术对血浆样品进行代谢指纹图谱采集,基于统计分析确认心脑血管疾病单患人群(冠心病单患组、脑卒中单患组)或心脑血管共患人群的典型代谢特征。结果·研究共提取到345个代谢信号峰作为血浆代谢指纹图谱。再经过质谱数据分析,鉴定出具有差异性变化的6种代谢生物标志物(以下简称标志物)与心脑血管疾病高度相关。进一步地,6个代谢标志物可以归为“酮体代谢因子”“脂肪酸代谢因子”2个集群。“酮体代谢因子”集群中,冠心病单患组血浆中氨基磺酸、乙酰乙酸、甲基丙二酸的强度显著增加,而在脑卒中单患组、心脑血管共患组中显著下降。“脂肪酸代谢因子”集群中,心脑血管共患组血浆中葡萄糖、半乳糖醛酸、α-亚麻酸的强度显著降低,而在脑卒中单患组中显著增加。根据以上6种代谢标志物,在“酮体代谢因子”集群中,鉴定出3种相关代谢通路;在“脂肪酸代谢因子”集群中,鉴定出2种相关代谢通路。结论·研究采用的新型固相质谱技术实现了大队列人群的高效血浆代谢指纹图谱采集,确定了6个与心脑血管疾病差异调控相关的血浆代谢标志物,进一步从代谢角度揭示心脑血管疾病的分子病理机制,为心脑血管疾病发病机制提供代谢层面线索。 展开更多

关键词 心脑血管疾病 冠心病 脑卒中 血浆代谢指纹图谱 代谢组学 生物标志物

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双轴驱动式人造肛门括约肌系统经皮无线供能的优化 被引量：1

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作者 华芳芳 颜国正 +2 位作者 王立超 柴川页 肖敦玺 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期140-146,共7页

现有人工肛门括约肌系统均缺乏一种稳定、长期且安全的能量供给途径,大大降低了其在医疗中的实用价值,本文介绍的人工肛门括约肌系统采用了满足人体安全性要求的经皮无线供能来实现系统的能量供给。本文结合双轴驱动式人造肛门括约肌系... 现有人工肛门括约肌系统均缺乏一种稳定、长期且安全的能量供给途径,大大降低了其在医疗中的实用价值,本文介绍的人工肛门括约肌系统采用了满足人体安全性要求的经皮无线供能来实现系统的能量供给。本文结合双轴驱动式人造肛门括约肌系统,主要针对现有经皮无线供能存在的传输距离较短、发热较严重等问题,对现有线圈的线径、匝数、铁芯形状、线圈结构以及发射线圈和接收线圈之间的传输距离等参数进行优化。实验结果表明,经优化后经皮无线供能系统在传输距离为20 mm时,传输效率可达到77.64%,传输距离为30 mm时,传输效率仍可达到52.59%。而优化后的发射线圈充电温度降低了55.6%。优化后的参数即满足双轴驱动式人造肛门括约肌系统性能要求,亦为以后研究工作的开展提供理论基础与数据支持。 展开更多

关键词 人造肛门括约肌 经皮供能 传输效率

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人工肛门括约肌夹持机构的设计与优化

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作者 柴川页 颜国正 +2 位作者 韩玎 赵凯 华芳芳 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2640-2648,共9页

针对现有人工肛门括约肌夹持机构存在生物相容性低、响应时间长的缺点,本文基于排便机制及力学特点,设计了一种新型封闭连杆式人工肛门括约肌(Novel Closed-link Artificial Anal Sphincter,NCAAS)的夹持机构。NCAAS夹持机构由基于沟槽... 针对现有人工肛门括约肌夹持机构存在生物相容性低、响应时间长的缺点,本文基于排便机制及力学特点,设计了一种新型封闭连杆式人工肛门括约肌(Novel Closed-link Artificial Anal Sphincter,NCAAS)的夹持机构。NCAAS夹持机构由基于沟槽凸轮摆杆的传动机构的三组交错叠放的夹持臂组成。为研究生物相容性与响应时间,本文根据虚功原理推导夹持臂的夹持力方程,并通过有限元分析夹持臂与肠道的力学特性。仿真所得机构控便时最大夹持力为1.6 N,肛肠角为62.2°~95.2°,满足人体日常控便需求。所制得NCAAS原型机质量55.19 g、高度42.7 mm、机构总长度不大于68.2 mm,平均响应时长为7.25 s。本文还通过猪大肠离体实验验证了NCAAS夹持肠道的生物相容性,最终控便量达700 g、肛肠角小于90°。NCAAS小型轻巧,生物相容性良好,响应时间较传统人工肛门括约肌大幅度缩短。 展开更多

关键词 人工肛门括约肌 虚功原理 有限元分析 夹持机构 凸轮传动 离体实验

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