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  • 软组织吻合器手术缝钉排列优化设计

    作者:李进华;杨英侃;张林安;李建民;王树新

    缝钉排列是影响吻合器缝合手术效果的重要因素之一.针对吻合器与软组织交互作用对机械缝合手术质量的影响,提出一种基于缝钉排列方式的机械缝合手术优化模型.首先,对缝钉与软组织交互作用进行力学分析,并在力学模型的基础上建立简化的有限元模型;然后,以血管机械缝合手术为例,建立以缝钉排数和排间距为设计参量、缝合面软组织径向应力大小及应力分布为目标函数的优化模型;后,通过有限元仿真实验,运用统计学分析方法,获得组织径向应力值及应力分布规律,采用分层序列优化方法确立目标函数与设计参量之间的响应关系.优化结果表明,当缝钉排数为3、排间距为1.25 mm时,缝合面组织径向应力平均值为0.056 3 MPa,组织径向应力分布差值为0.138 5 MPa,血管机械缝合手术效果达到优.此外,通过乳胶管泄露压实验,初步验证优化结果的有效性.此研究结果可为减少机械缝合手术术后并发症以及吻合器的优化设计提供重要参考.

  • 电化学实时定量PCR仪热循环系统温度特性研究

    作者:熊亮;陈旭海;李玉榕;杜民

    为使电化学实时定量PCR仪能够满足PCR扩增过程对温度特性的要求,对普通PCR芯片进行了结构和材料方面的优化,设计了一种电化学实时定量多通道PCR芯片.利用有限元仿真软件ANSYS分析了PCR芯片温度特性,并提出了隔热和热补偿的措施来改善电化学实时定量PCR仪的热循环系统,通过仿真验证了方案的有效性.首先采用环形结构改善芯片各通道温度的一致性;同时针对电化学检测特点,采用由单晶硅片、铝片和聚碳酸酯组成的三层结构来减小芯片反应池的热迟滞性.其次,在该芯片有限元模型的基础上进行温度场仿真;先采用稳态分析方法确定隔热层厚度与热补偿温度来削弱芯片与外围空气的对流换热作用,以改善芯片的温度准确性与均匀性;再通过瞬态分析测试改善后热循环系统中芯片的热迟滞性和恒温性.改善后热循环系统的热分析结果为:芯片温度准确性与均匀性误差小于0.2℃,各通道温度一致性误差为0℃,试剂升降温速度分别为4℃/s和3℃/s.结果表明该热循环系统的温度特性能够满足PCR仪工作性能的要求.

  • 采用牺牲层技术的电容式微机械超声传感器的仿真与分析

    作者:郭庆;李妍;高尚;张培玉

    电容式超声传感器有可能取代压电式超声传感器,在超声成像领域受到极大的关注.目前,对采用牺牲层释放技术加工而成的电容式微机械超声传感器(CMUT)的分析,均较少将释放工艺对其结构参数的影响进行详细的分析,故拟将牺牲层释放工艺对CMUT参数的影响进行分析.采用大型工程有限元分析软件ANSYS进行有限元分析的方法,分析释放方法对CMUT性能的影响.采用激光测振仪对超声传感器的共振频率为2.5 MHz的结构进行初步测试,实验结果和仿真结果的误差为3.9%.由仿真分析可知,CMUT振动膜的长宽比对4种CMUT的分析误差变动较大,一般情况下,当振动薄膜的长宽比大于4时,CMUT的振动频率变化不大,且4种模型的相对误差变化趋于平缓.此外,CMUT薄膜的厚度越薄,百分比差异越小.由此得知,牺牲层释放工艺对CMUT的性能有较大的影响,CMUT中支撑振动薄膜的侧墙和牺牲层的释放孔及释放通道对模型仿真有较大的影响.对采用牺牲层技术制造的CMUT,在设计和构建CMUT结构时,应考虑牺牲层释放工艺对CMUT性能的影响.实验结果和仿真结果具有很好的一致性,验证所提模型的有效性.

  • 髓核摘除后腰椎间盘力学行为的有限元仿真

    作者:崔捷;杨秀萍;陈方舟;赵忠海;朱阳辉;王琪

    目的:研究摘除髓核对腰椎间盘承受载荷时力学性能的影响.方法:选择一成人志愿者,对其进行CT扫描得到DICOM格式的图像.使用Mimics、Geomagic Studio、Solidwork和Abaqus软件对图像进行后处理,获得L4~L5节段有限元模型.通过模仿人体正常站立时的腰椎间盘受力情况对有限元模型进行加载,比较髓核摘除前后纤维环的受力状态.结果:髓核摘除后,纤维环承受的应力大于摘除前,且大Mises应力集中在纤维环背侧.结论:髓核摘除后,腰椎间盘力学行为会发生改变,退变风险会增大.

  • 基于规则化位移场的弹性减影成像研究

    作者:夏长虹;邵金华;曹建彪;罗建文

    目的:提出一种新的基于规则化位移场的弹性减影成像方法,探讨其在消融损伤成像监控中应用的可行性。方法分别进行有限元仿真和离体实验研究,对压缩量不同情况下的位移场进行规整化和减影处理,处理后的位移场在深度方向进行微分获得弹性减影图像。结果仿真和离体实验数据显示,在消融治疗中,基于规则化位移场的弹性减影成像在压缩量变化的情况下,可获得效果较好的弹性图像,比传统弹性成像更好地反映了损伤区域的情况。结论基于规则化位移场的弹性减影成像方法实现压缩量不同情况下的弹性减影成像,优于传统弹性成像方法,可以用于消融治疗的损伤监控。

  • 颅去骨瓣减压术后tDCS电极参数对人脑内部电场影响的有限元仿真

    作者:孙伟铭;董香丽

    目的:探究电极面积、形状、位置不同的经颅直流电刺激对颅去骨瓣减压术后大脑内部电场的影响.方法:运用医学影像及三维建模技术构建颅去骨瓣减压术后4层真实头模型,并通过有限元分析软件进行数值仿真,依次单一改变面积、形状、位置3个电极参数,观察模型内部电场的变化并分析变化特点.结果:在改变单一研究参数、固定其他参数的前提下,大电场强度值与电极面积呈负相关,正方形电极产生的大电场强度值大于圆形电极,电极左右放置时去骨瓣术后大脑内部电场不对称.结论:不同面积、形状、位置的电极参数对于模型内部电场具有显著影响.

  • 基于有限元仿真和遗传神经网络的轿车-行人事故重构

    作者:刘文君;李奎;苏森;王雪蕊;范箫翔;尹志勇

    目的 为充分利用轿车-行人碰撞中行人损伤信息对事故过程进行重构,提出采用有限元仿真和遗传神经网络逆向推导轿车-行人事故中碰撞参数的新方法.方法 利用Hyperworks和LS-DYNA软件进行不同碰撞速度(25、40、55 km/h)和接触角度(背面、左侧、正面、右侧)的碰撞仿真,获取行人头部伤害指标(head injury criterion,HIC)和胸壁大运动速度.根据损伤生物力学判据分析行人头部及胸部的损伤程度,并以行人头部和胸部损伤程度以及位置信息作为预测变量,采用遗传神经网络求取碰撞参数的预测值.后利用两起具有确切碰撞参数的轿车-行人视频案例对该方法进行验证.结果 两起视频案例中轿车碰撞行人速度分别为54、49 km/h,行人接触轿车角度均为180°.根据行人损伤信息得到轿车碰撞行人速度的预测值分别为51、43 km/h,行人接触轿车角度的预测值分别为184°和169°,两起事故重构准确度分别为0.94和0.88.结论 利用行人损伤信息可以准确有效地对轿车-行人事故中的碰撞参数进行预测,既能为轿车-行人交通事故成因分析及责任认定提供新的方法,也为进一步提高轿车-行人碰撞中行人头部及胸部损伤的防治效果提供了理论依据.

  • 舒适性耳机半参数化设计优化研究

    作者:冉令鹏;王崴;丁日显;李长春

    目的:解决由传统模式批量生产的耳机无法满足佩戴者对舒适性的要求。方法提出一种针对耳机舒适性评价的主客观相结合的方法,利用逆向反求技术获取耳廓精确数据,并以此为依据采用图像检测方法提取耳廓关键点建立一种半参数化耳机模型,由软骨特征曲线适当调节关键点位置构造耳机主体造型,可实现参数快速调整。通过对耳-耳机模型进行有限元仿真分析研究耳机-耳廓之间的接触压强并对参数优化,以压强分布均匀程度评价耳机舒适性的客观标准并以该指标作为仿真优化目标;制造成型的耳机给20人试戴3 h ,评价舒适度。结果对比参数优化前、后压强分布情况,表明适度增大耳甲艇部位接触面积可获得更低、更均匀的压强分布,可达到优化耳机结构、提高其舒适性的目的。20例试戴者中感觉非常舒适12例,较舒适7例,不舒适1例。结论经舒适性耳机半参数化设计优化制作的耳机舒适性好,适度增大耳机与耳甲艇的接触面积可降低并均匀压强的分布,可为舒适性耳机的设计、优化研究提供参考。

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