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包装工程 2024年第10期45卷 23-31页

作者：姜鑫玉王贝琪莫伟平刘寅淳刘镇铭王心仪东华大学机械工程学院上海201620

目的解决光学定位技术在引入肌肉痉挛治疗的注射手术应用中,光学定位设备与现有医用超声仪器之间的不适配问题,旨在进一步提升理论定位精度稳定性,简化必需操作并降低实际应用难度。方法在现有超声仪及相关设备功能基础上,结合光学定位... 详细信息

目的解决光学定位技术在引入肌肉痉挛治疗的注射手术应用中,光学定位设备与现有医用超声仪器之间的不适配问题,旨在进一步提升理论定位精度稳定性,简化必需操作并降低实际应用难度。方法在现有超声仪及相关设备功能基础上,结合光学定位设备工作条件需求进行需求分析,重新构建产品元件功能流模型并映射为网络节点,并基于复杂网络节点重要度评价方法,确定目标产品设计重心点并分层设计,最后采用仿真验证测试设计合理性。结果实验结果符合预期假设,目标节点所对应功能元件与其它节点的相关性程度与目标元件所需兼容连接的复杂度呈正相关。基于实验得出能够适配光学定位仪与超声设备的设计方案,有效解决二维超声导航引导肌肉注射所面临的不直观、不可视等问题。结论基于复杂网络节点的重要度评价方法更适用于复杂功能产品的设计研究,评价结果重要度差异更为显著。

关键词：光学定位肌肉注射三维超声引导复杂网络节点医疗产品设计

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基于光学定位的三维超声引导肌肉注射仪设计研究

基于光学定位的三维超声引导肌肉注射仪设计研究

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作者：刘寅淳东华大学

学位级别：硕士

肌肉痉挛是指肌肉不自主的运动过度现象,易并发于中枢神经系统受到损伤的患者。目前,常用的有效治疗措施为对患部肌肉(靶肌)注射肉毒毒素(botulinum toxin,简称BT)。通过对目标痉挛肌肉进行肉毒毒素注射,能够及时降低患部肌肉张力,并通... 详细信息

肌肉痉挛是指肌肉不自主的运动过度现象,易并发于中枢神经系统受到损伤的患者。目前,常用的有效治疗措施为对患部肌肉(靶肌)注射肉毒毒素(botulinum toxin,简称BT)。通过对目标痉挛肌肉进行肉毒毒素注射,能够及时降低患部肌肉张力,并通过进一步治疗恢复患部肌肉功能。当进行BT注射时,若注射位置与注射深度未能准确到达靶肌,不仅会增加患者的痛感,甚至可产生其它副作用如使附近肌肉暂时丧失正常功能等。因此,借由二维超声图像对目标靶肌肉位置提前进行精确标定,并引导注射针到达的过程,是进行肌肉痉挛治疗手术的关键,然而二维超声成像过程中仍然面临着注射目标不可视、注射引导不精确等问题。随着实时动态成像技术的不断成熟与发展,将光学定位技术进行引入的三维超声成像系统,使二维超声成像中对操作人员需求高和识读注射位置不直观等问题得到了解决方案。然而在将光学定位技术进行引入的过程中,随之产生的一些问题却未能够得到及时与妥善解决,诸如一些小型光学定位传感设备在医疗器械上固定连接问题,显示输出设备的空间分布问题等,导致该系统在实际操作中难以发挥预期的成效,对肌肉注射治疗过程产生了不利影响,为医务人员的实际操作过程造成了负担。因此本文将基于光学定位系统的标定原理,以目前广泛使用加拿大NDI(Northern Digital Inc)公司生产的Polaris光学定位系统作为研究基础,结合现有超声成像导航设备在实际需求,以肌肉注射手术为应用研究对象,从工业设计的视角切入,通过需求分析与功能建模构成目标产品的功能流元件节点网络,采用基于多属性决策的复杂网络节点重要度评价方法,提炼功能元件作为设计工作重心,将产品整体功能与需求转换为模块结构问题,并进一步对基于光学定位的三维超声肌肉注射仪进行结构整合与设计优化。通过以上研究,将复杂需求简化为对应的功能元件,基于元件评价结果,以可旋转支臂、承载箱体与导轨这三部分作为主要设计切入点进行优先设计,根据模块结构的设计呈现选择后续与其他元件的连接手段并进行整合方案。通过对该系统搭建的功能框架,与在现有设备仪器条件下相比,将降低术前准备难度、减轻医务工作人员的工作负担、提供更为便利的工作环境、缩短注射完成所需时间等作为设计目标,综合考虑人体尺寸、人机交互等因素后,进行相关辅助产品设计。并最终通过Jack人因工程虚拟仿真软件针对显示屏连接支臂的信息输出效率与舒适性进行模拟测试,用于验证产品方案对于减轻工作负担的可行性,并以基于层次分析法的主观评价法对整体产品建立评价的指标体系,通过专家打分的对该方案的合理性与可行性进行验证优选。

关键词：光学定位肌肉注射三维超声引导复杂网络节点医疗产品设计

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