目的:设计桡骨远端骨折夹板压力读取系统,以实现对夹板固定压力的实时监测.方法:该系统硬件由主控单元、压力温度采集单元和电源管理单元组成.其中,主控单元采用STC15系列的单片机作为主控芯片,压力温度采集单元选用FSR400薄膜型压力传感器和DS18B20数字温度测量芯片.系统软件采用C语言编写.在固定带上分别以与柳木夹板和3D打印夹板呈90°、60°、30°的方向施加载荷,负载总质量从600 g增加至1 200 g.采用该系统测试夹板承受的压力大小及分布情况,每次测试重复6次.结果:该系统能够实时采集夹板的压力数值,并能通过显示屏显示.固定带分别与柳木夹板、3D打印夹板呈90°、60°、30°时,不同载荷下各传感器的最大压力均出现在固定带与夹板边缘连接处,夹板中间部分受到的压力相对较小.固定带在与柳木夹板呈90°、载荷1 200g时柳木夹板承受的压力最大,为(239.17±4.49)g;固定带在与柳木夹板呈60°、载荷600g时柳木夹板承受的压力最小,为(89.83±17.38)g.固定带在与3D打印夹板呈90°、载荷1 100g时3D打印夹板承受的压力最大,为(177.67±21.77)g;固定带在与3D打印夹板呈30°、载荷600g时3D打印夹板承受的压力最小,为(66.50±3.02)g.结论:该系统可及时读取夹板不同载荷、不同角度下受到的压力,且与柳木夹板相比,3D打印夹板上的压力分布更均匀.该研究可为临床夹板固定定量化治疗提供理论依据.

目的为解决目前膝关节康复设备便捷性差、医疗成本高、普适性不强等问题,该文设计了一种便携式膝关节康复智能轮椅.方法通过对膝关节结构与康复机理分析,设计电推杆驱动式康复机构,采用模块化思想设计多功能模块,搭配STM32单片机,实现车体与各功能模块的控制,利用SolidWorks软件建立三维模型,结合Adams和Ansys仿真软件对膝关节康复机构及核心零部件进行运动学与静力学分析.最后,搭建实物样机对实际使用性能进行验证.结果经实物样机测试得出,膝关节摆杆实际角度为15.1°～88.9°,摆杆角速度为-7.9～8.1°/s,摆杆角加速度为-4.2～1.6°/s2,电动推杆推力范围为-82.6～153.1 N,载荷踏板最大形变量约为1.7 mm,腿托最大形变约为1.5 mm.结论膝关节康复式智能轮椅能够满足各项设计功能,实际性能符合设计准则,验证了结构设计的合理性与可行性.

目的:设计一种穿戴式心肺监测系统,并通过人体初步试验验证该系统的性能.方法:该系统由数据采集器、穿戴胸衣以及信息管理平台组成.其中,数据采集器以EFM32GG330单片机作为主控单元(microcontroller unit,MCU),其内部主要包括呼吸调制模块、心电调制模块、体位调制模块、无线通信模块(含蓝牙模块和Wi-Fi模块)、存储模块、电源管理模块等.穿戴胸衣采用开衫式结构设计,内侧设计有心电传感器和呼吸运动传感器.信息管理平台采用客户端/服务器(Client/Server,C/S)架构,通过Java/JavaScript实现软件编程.通过人体初步试验,将该系统与医院常规使用的迈瑞IPM10多参数监护仪进行对比,验证该系统监测人体心率及呼吸率的有效性.结果:该系统可长时间连续监测人体的心率和呼吸率,且监测结果与迈瑞IPM10多参数监护仪的监测结果具有很好的一致性.结论:该系统可用于训练或运动中的心肺指标医学监测,为健康管理提供精准的生理信息.

目的:针对传统尿常规检测存在的问题,设计一种尿液样品量自动检测及收集装置.方法:该装置主要由主控系统、检测系统、提示系统和抓取及移动系统组成.主控系统由2个STM32单片机和复位开关组成;检测系统由称重模块、红外模块以及指示灯组成,其尿液样品量自动检测算法采用Keil5平台开发;提示系统由固定于箱体背板的语音模块实现语音播报;抓取及移动系统由导轨驱动电动机、光电开关以及电动夹爪组成,其中导轨驱动电动机采用86CM型步进电动机.结果:该装置检测尿液样品是否合格的准确率高达99.44％,且能将合格的样品自动快速收集于试管托架中.结论:该装置能够实现对尿液样品量的自动检测和合格样品的自动收集,可以有效提高检测的精准性及检测效率.

目的:设计基于体积测量的病人尿量自动监测装置,以实现对患者尿量的准确、稳定、便捷监测.方法:该监测装置采用分治法设计,由单片机控制模块、尿液分段模块、液位检测模块、电磁阀驱动模块、数据显示模块、传输模块、存储模块、电源管理模块等组成.其中,单片机控制模块由STM32F103C8T6单片机及其外围电路构成,负责控制所有外围模块的工作流程和尿量计算处理;尿液分段模块由2个电磁阀、2个液位检测电极、1个集液管组成,主要功能是将患者排出的尿液划分为固定体积;液位检测模块由2个电阻和1个电容构成,用以判断集液管内的尿液充盈与排空状况;电磁阀驱动模块的芯片采用DRV8870全桥驱动芯片.结果:该监测装置可实现对患者尿量的准确、自动监测,可克服尿液密度及尿袋方位等因素变化对尿量监测的影响.结论:该监测装置使用方便、测量准确、稳定可靠,可为医生判断病情及调整治疗方案提供准确的尿量数据,具有一定的实用价值.

目的 通过野火骄阳32单片机开发板和3D建模及打印技术进行软硬件开发,实现一种多参数呼吸训练装置的专利样机转化.方法 利用野火骄阳32单片机开发板开发应用程序,通过单片机开发板实现流量信号和压力信号的输入,舵机阀、涡轮风机、电磁阀的控制输出与上位机的数据通信等功能;样机非标零部件通过3D建模及打印技术完成制造,并将单片机开发板、标准零部件和非标零部件进行组合以完成样机开发.结果 野火骄阳32单片机开发实现了传感器数据采集、运动部件的控制输出、上位机软件的数据上传和接收;3D建模及打印技术实现了非标零部件及机器外壳的制作,以低成本成功制作出样机;样机通过质控仪检测,流量值误差范围为±15%,气道压力值误差范围为±[2%FS(满量程)+4%×实际读数],样机参数精度满足JJF1234-2018《呼吸机校准规范》要求.结论 野火骄阳32单片机开发板和3D建模及打印技术的应用,以低成本实现了样机制作,能够为专利的商业转化提供重要参考,为医工专利转化提供了一种新的思路.

目的 针对目前下肢康复训练设备适配性、训练效果不佳的现状,设计一种可供手术患者、脑血栓患者及下肢残疾人士踝关节康复的智能辅助轮椅.方法 通过对人体踝关节结构和运动特性进行分析,设计踝关节康复机构的整体结构,搭配STM32F103单片机设计控制电路;基于CATIA软件建立三维模型,结合Adams仿真软件搭建平台进行动力学分析;利用ANSYS软件,对辅助轮椅核心零件进行静力学分析,验证结构设计的可行性;选型、装配并搭建实物样机,对实体样机的各项功能与实际性能进行测试.结果 通过仿真分析,踝关节康复机构符合设计标准.实际踝关节纵向可翻转角度为-24.6°～13.5°,横向翻转角度为-19.6°～19.5°,踝关节翻折速度为5.8～6.7 °/s,踝关节扭动速度约为7.6 °/s,踝关节翻折运动扭矩约为20 N·m,外展运动所需扭矩约为17.2 N·m.结论 该踝关节康复智能辅助轮椅可实现行走、升降、智能辅助等功能.通过仿真分析及实验测试,轮椅的各项功能均可实现,各项参数指标均符合设计标准,验证了多功能踝关节康复轮椅设计的安全性与合理性.

目的:解决现有手部康复机器人柔顺性、安全性不足和对手势信息采集困难等问题,研发基于视觉的方法进行手型识别,并借助识别结果来用于手部康复训练.方法:本文基于MediaPipe模型来进行手部关键点跟踪和手势识别;在康复手套结构上选择了柔性穿戴式.通过计算机视觉的方法得到手势信息,将信息通过串口传递给单片机,由单片机控制气阀的通断,以此来控制康复手套的运动.结果:基于MediaPipe的静态手势识别实验准确率可以达到93.71％,并且通过手势识别和康复训练实验可以得出基于计算机视觉的手势识别方法性能稳定,康复训练手套能够根据识别出来的手势信息做出相应的动作,对患手进行康复训练.结论:基于视觉示教的手部康复训练机器人可以实现手部康复训练,视觉示教降低了成本,增加了便携性;柔性穿戴式手套增加了安全性和柔顺性.

目的 改进现有血浆采集机管理程序和配套使用的一次性管路,将血液采集、三氧治疗、血浆病毒灭活以及回输有效融合于一体,为临床多种疾病提供一种多功能融合的血液治疗技术.方法 在现有国产XJC-2000型血浆采集程序的基础上,将单片机控制方案改进为"控制系统+交互系统"的整体解决方案.在原采集管路的前端连接一个全血采集袋,用于收集血液进行三氧免疫治疗,在血浆收集袋后面连接一套血浆病毒灭活袋,用于自体血浆病毒灭活,最终将处理后的全血和血浆回输给患者,达到治疗疾病的目的.结果 经过模拟试验测试,血浆采集机成功实现了由原来单一血浆采集(去除)功能延伸至多功能血液治疗一体机,扩展了血浆采集机的功能.结论 改进后的血浆采集机和配套管路应用效果良好,提高了血液治疗时效性.

心脏电活动和机械活动的同步监测是全面评估心功能的关键.本研究设计一种可同步采集心电信号和胸部机械振动信号的穿戴式监测设备,以单片机为核心,利用心电采集芯片检测心电信号,利用加速度传感器同步采集心脏在体表的机械搏动信号.信号采集后,通过上位机分析软件识别心电和机械信号特征点,估算心功能指标.实验结果发现所估算的心功能指标与超声心动图获得参数具有较强的相关性,表明基于心电信号和机械信号同步传感的穿戴式监测方法可用于高风险心血管疾病患者的日常心功能监测.