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渐进多焦点自由曲面镜片渐进通道优化设计

光学学报 2024年第8期44卷 208-218页

作者：张欣项华中马乐飞郑泽希陈家璧王成张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海200093

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时... 详细信息

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率;仿真及加工了3片镜片。研究结果表明:采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片;使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度,保持了像散梯度的平滑过渡,且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧;新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题,所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑,并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

关键词：光学设计子午线光焦度加宽渐进通道渐进多焦点镜片

基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉抗弯性能结构优化

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上海理工大学学报 2024年第3期46卷 310-319页

作者：赵虎刘岩杨金帅李强上海理工大学机械工程学院上海200093 上海高性能医疗器械材料工程技术研究中心上海200093

钛合金因其优异的力学性能和生物相容性,广泛用于椎弓根螺钉的制备。椎弓根螺钉植入人体后,受脊柱的屈曲伸展和横向弯曲作用,螺钉发生疲劳弯曲最终导致螺钉松动甚至断裂,影响植入稳定性。因此有必要对钛合金椎弓根螺钉抗弯性能进行研究... 详细信息

钛合金因其优异的力学性能和生物相容性,广泛用于椎弓根螺钉的制备。椎弓根螺钉植入人体后,受脊柱的屈曲伸展和横向弯曲作用,螺钉发生疲劳弯曲最终导致螺钉松动甚至断裂,影响植入稳定性。因此有必要对钛合金椎弓根螺钉抗弯性能进行研究。通过单因素实验与正交实验分析设计不同结构参数椎弓根螺钉,结合有限元分析与力学实验的方法,使用三点弯曲试验对钛合金椎弓根螺钉的抗弯性能进行模拟仿真与实验验证,并对螺钉结构参数进行优化。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好,螺钉结构参数对抗弯性能的影响顺序为外径大于螺纹深度大于螺距,最佳参数为螺钉外径5.5 mm、螺纹深度0.65 mm、螺距1.60 mm,优化后的螺钉对比标准椎弓根螺钉,最大支反力提高74.7%。

关键词：椎弓根螺钉三点弯曲测试有限元分析结构参数优化

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可降解血管吻合器的结构设计与实验验证

医用生物力学 2024年第3期39卷 518-523页

作者：徐凯悦蔡雪胡钟欣高钦贤邢绪坡宋成利毛琳上海理工大学健康科学与工程学院现代微创医疗器械及技术教育部工程研究中心上海200093

目的设计一种新型可降解血管吻合器,探究施压距离与吻合口生物力学性能之间的关系,以提高血管端端吻合的效率与质量。方法设计吻合器的三维结构,并采用挤压态高纯镁为材料进行样机加工;通过建立血管端端吻合的有限元模型,研究在不同... 详细信息

目的设计一种新型可降解血管吻合器,探究施压距离与吻合口生物力学性能之间的关系,以提高血管端端吻合的效率与质量。方法设计吻合器的三维结构,并采用挤压态高纯镁为材料进行样机加工;通过建立血管端端吻合的有限元模型,研究在不同施压距离(0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 mm)下,血管吻合端面应力分布情况及其变化规律;通过离体组织吻合实验,对有限元结果的合理性及该吻合器的可行性与有效性进行验证。结果当施压距离为0.6 mm时,吻合口力学性能最优,此时撕脱力为(11.79±0.64) N,爆破压为(39.32±2.99) kPa,满足临床上对组织吻合口强度的要求,同时组织的机械损伤较小。结论本文所设计的新型可降解血管吻合器可以通过调节施压距离对组织进行吻合,能够有效提高组织吻合效率,减小组织机械损伤,从而提高吻合质量。研究结果为可降解血管吻合器的设计提供重要参考。

关键词：可降解高纯镁血管吻合器端端吻合施压距离

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物理信息神经网络解偏微分方程设计渐进镜片

光学学报 2024年

作者：项华中程慧丁琦慧郑泽希陈家璧王成张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海理工大学机械工程学院上海理工大学光电信息与计算机工程学院

本文提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)求解非线性偏微分方程设计渐进多焦点镜片的方法。使用显式有限差分算法生成训练数据，建立深度卷积神经网络模型，构建量化偏微分方程残差的损失函数，同时约束施加边界条件后的残差，在迭代... 详细信息

本文提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)求解非线性偏微分方程设计渐进多焦点镜片的方法。使用显式有限差分算法生成训练数据，建立深度卷积神经网络模型，构建量化偏微分方程残差的损失函数，同时约束施加边界条件后的残差，在迭代过程中最小化损失函数来更新神经网络参数（权重和偏置）并输出优化后的镜片面型。最后，通过数值法和PINN设计并加工六组镜片。结果表明，经PINN设计的三组镜片，远用区的光焦度误差更小，在0.05D以内；远近用区像散也更小，仅0.02D；加光度与理论之间的误差也显著降低，最小误差为0.1D。实现了优化镜片光学性能的同时，远近用区域面积大小和宽度等参数基本没有变化，达到了优化要求。本文所提出的物理信息神经网络方法为渐进多焦点镜片的优化提供了一种新的优化设计方法。

关键词：物理信息神经网络自由曲面渐进多焦点镜片像散光焦度

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OCT图像多教师知识蒸馏超分辨率重建

光电工程 2024年第7期51卷 95-106页

作者：陈明惠芦焱琦杨文逸王援柱邵怡上海理工大学健康科学与工程学院上海介入医疗器械工程技术研究中心教育部医学光学工程中心上海200093 上海瑞柯恩激光技术有限公司上海200120 上海市第一人民医院上海200080

光学相干断层成像(OCT)广泛应用于眼科诊断与辅助治疗,但其成像质量不可避免地受到散斑噪声和运动伪影影响。本文提出了一种针对OCT超分辨率任务的多教师知识蒸馏网络MK-OCT,使用不同优势的教师网络训练平衡、轻量级和高效的学生网络。M... 详细信息

光学相干断层成像(OCT)广泛应用于眼科诊断与辅助治疗,但其成像质量不可避免地受到散斑噪声和运动伪影影响。本文提出了一种针对OCT超分辨率任务的多教师知识蒸馏网络MK-OCT,使用不同优势的教师网络训练平衡、轻量级和高效的学生网络。MK-OCT中高效通道蒸馏方法ECD的使用也使得模型能够更好地保留视网膜图像的纹理信息,满足临床需要。实验结果表明,与经典超分辨率网络相比,本文所提模型在重建精度和感知质量两个方面均表现优异,模型尺寸更小,计算量更少。

关键词：医学图像光学相干断层图像超分辨率知识蒸馏对比学习

医用镁合金超疏水PDMS/H-SiO涂层的制备及耐蚀性研究

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表面技术 2024年

作者：戴宇航陈江太赵晖林祥德廖跃华谢美华上海理工大学健康科学与工程学院上海健康医学院医疗器械学院

目的在镁合金表面构建超疏水涂层，以降低镁合金材料的降解速率、减少血小板粘附，提高镁合金的血液相容性。方法本文采用迈耶棒刮涂聚二甲基硅氧烷和网筛二氧化硅颗粒的方法在镁合金表面制备超疏水复合涂层。采用扫描电子显微镜、红... 详细信息

目的在镁合金表面构建超疏水涂层，以降低镁合金材料的降解速率、减少血小板粘附，提高镁合金的血液相容性。方法本文采用迈耶棒刮涂聚二甲基硅氧烷和网筛二氧化硅颗粒的方法在镁合金表面制备超疏水复合涂层。采用扫描电子显微镜、红外光谱、能量色散谱仪等测试方法对涂层进行表征；使用接触角测量仪检测涂层的疏水性；通过电化学测试研究涂层耐蚀性；通过体外血小板黏附和疏血性测试评价分析血液相容性。结果通过刮涂网筛聚二甲基硅氧烷和网筛二氧化硅颗粒制备的涂层在AZ31B镁合金表面呈现均匀且致密的形态。在3.5wt%的氯化钠溶液中浸泡后，相比于对照组裸AZ31B镁合金和仅涂覆PDMS的镁合金，涂层电阻(2.85×106Ω·cm2)和电荷转移电阻(5.69×106kΩ·cm2)都为最大值，复合涂层的腐蚀电流密度相比镁合金降低了五个数量级，腐蚀电压为正值，呈现优异的耐腐蚀性；复合涂层表面无黏附血小板，血液接触角大于150°，呈现超疏血性。结论综上所述，我们通过简单的涂层技术制备了一种超疏水复合涂层，复合涂层覆盖的镁合金展现出优越的耐腐蚀性能和优异的血液相容性，为拓宽镁合金的应用提供了一种新的防腐策略。

关键词：医用镁合金表面处理超疏水涂层耐腐蚀性血液相容性

增强动脉期CT影像组学特征联合临床术前预测胃癌脉管浸润

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中国医学影像技术 2024年第4期40卷 553-558页

作者：张正杰程云章王庆国张娴张鹏善黄陈上海交通大学医学院附属第一人民医院胃肠外科上海200080 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海200093 上海交通大学医学院附属第一人民医院放射科上海200080

目的观察增强动脉期CT影像组学特征联合临床术前预测胃癌脉管浸润(LVI)的价值。方法回顾性纳入298例胃癌患者,根据是否伴LVI将其分为阳性组(n=155)及阴性组(n=143),并按7∶3比例分为训练集(n=208)及测试集(n=90)。基于增强动脉期CT图提... 详细信息

目的观察增强动脉期CT影像组学特征联合临床术前预测胃癌脉管浸润(LVI)的价值。方法回顾性纳入298例胃癌患者,根据是否伴LVI将其分为阳性组(n=155)及阴性组(n=143),并按7∶3比例分为训练集(n=208)及测试集(n=90)。基于增强动脉期CT图提取病灶影像组学特征,采用logistic回归分析筛选胃癌LVI的临床影响因素;分别采用支持向量机(SVM)、逻辑回归(LR)、随机森林(RF)及极端梯度提升树(XGBoost)建立影像组学模型、临床模型及临床-影像组学模型,评估各模型预测胃癌LVI的效能。结果以SVM、LR、RF及XGBoost建立的影像组学模型预测训练集胃癌LVI的曲线下面积(AUC)分别为0.896、0.821、1.000及1.000,其在测试集的AUC分别为0.744、0.801、0.740及0.747。基于4种机器学习建立的临床模型在训练集的AUC均为0.810,在测试集均为0.840。基于SVM、LR、RF及XGBoost建立的临床-影像组学模型预测训练集胃癌LVI的AUC分别为0.920、0.900、1.000及1.000,其在测试集的AUC分别为0.900、0.890、0.840及0.790。测试集中,基于SVM、LR及RF的临床-影像组学模型的AUC均大于影像组学模型和临床模型(P均<0.05)。结论增强动脉期CT影像组学联合临床有助于术前预测胃癌LVI。

关键词：胃肿瘤肿瘤转移体层摄影术 X线计算机影像组学

基于无传感器反馈的潜血式医用高速微电机驱动控制系统研究

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建模与仿真 2024年第2期13卷 1024-1038页

作者：韩金旭耿晓斌张天逸程云章上海理工大学健康科学与工程学院上海介入医疗器械工程技术研究中心上海

潜血式医用高速微电机由于具有直径小、效率高、防水性好、温升小、运行稳定的优点,在可植入血泵领域中具有广泛的应用前景。要求其驱动控制系统可驱动直流无刷微电机高速稳定运转,最高转速可达35000 r/min,并实现无位置传感反馈速度闭... 详细信息

潜血式医用高速微电机由于具有直径小、效率高、防水性好、温升小、运行稳定的优点,在可植入血泵领域中具有广泛的应用前景。要求其驱动控制系统可驱动直流无刷微电机高速稳定运转,最高转速可达35000 r/min,并实现无位置传感反馈速度闭环控制。本文利用MATLAB SIMULINK对直流无刷电机(BLDC)无感控制和永磁同步电机(PMSM)磁场定向(FOC)无感控制两种控制方式进行仿真实验,从相电流、速度、转矩不同波形对电机的性能进行了分析。结果表明,在直径为5 mm的无位置传感器的高速微电机中,永磁同步电机FOC无感控制方式相较于直流无刷电机无感控制方式效率更高,优势更大。除此之外,本文还研究证明了扩展卡尔曼滤波(EKF)器可以在高速驱动器中用于转子位置和速度的观测,而不会损失精度和鲁棒性。

关键词：无位置传感器反馈直流无刷电机永磁同步电机磁场定向控制扩展卡尔曼滤波器

基于改进YOLOv5m的血管介入导丝检测算法

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软件导刊 2024年

作者：鲍芳嘉张明伟张天逸程云章上海理工大学健康科学与工程学院上海介入医疗器械工程技术研究中心

针对目前主流目标检测算法在微创血管介入导丝检测中应用较少、检测准确率低和检测速度慢等问题，提出了一种改进的YOLOv5m网络用于血管介入导丝检测。首先在YOLOv5m的主干网络中引入可变形卷积替换部分标准卷积，并在主干网络的CSP模... 详细信息

针对目前主流目标检测算法在微创血管介入导丝检测中应用较少、检测准确率低和检测速度慢等问题，提出了一种改进的YOLOv5m网络用于血管介入导丝检测。首先在YOLOv5m的主干网络中引入可变形卷积替换部分标准卷积，并在主干网络的CSP模块中添加坐标注意力机制；在颈部采用加权双向特征金字塔网络进行特征融合，提高模型对不同特征层的融合能力。实验结果表明，改进的YOLOv5m算法mAP@0.5达到87.8%，相比YOLOv5m提升5.7%，表明该算法在血管介入导丝检测方面具有较高应用价值。

关键词：血管介入 YOLOv5m 导丝检测可变形卷积坐标注意力机制 BiFPN