鲤鱼机器人无线遥控系统设计与应用

为解决有线控制时导线对水生动物机器人缠绕和运动束缚问题,设计一种鲤鱼机器人脑电刺激无线遥控系统。其中,系统硬件包括无线通信模块、电刺激信号生成模块、电源模块,系统软件包括串口通信设置、运动模式选择。将脑电极植入后在颅腔表面进行防水封固,将无线电刺激器放入防水包内搭载于鲤鱼机器人上,利用上位机远程控制无线电刺激器,令电刺激器发射信号通过电极刺激脑运动区,控制鲤鱼机器人运动。将鲤鱼机器人(n=10)置于水迷宫进行水下实验,结果显示该系统可以控制鲤鱼机器人的前进、左转向和右转向运动,成功率分别为60%、70%、80%,表明所设计系统及应用方法对鲤鱼机器人水下无线控制均是有效且可行的。     

测试水生动物机器人运动的水迷宫

现有迷宫主要是用于动物学习记忆研究,而在水生动物机器人运动观察与测试方面还缺乏相应迷宫与方法,为此本文研制了一种带有分层线和刻度线的双层多通道的组合式立体水迷宫。该装置由1个正方形底面和4个长方形侧壁组成的长方体结构,四面侧壁通道均由1个上层通道和2个下层通道组成,4个上层通道圆心均在侧壁垂直中线上,相邻两上层通道呈90°角,相邻侧壁两下层通道呈45°角,侧壁带有分层线和刻度线,可测试水生动物所处的空间位置与运动轨迹。将鲤鱼机器人置入水迷宫进行水下实验检测,鲤鱼机器人(n=10)进行135°、90°和45°的左右转向及前进运动成功率均超过60%,表明该装置可实现鲤鱼机器人运动的观察与测试。     

面向鲤鱼机器人控脑技术的磁共振坐标转换方法研究及应用

为解决鲤鱼脑组织坐标准确定位问题,本文提出一种将鲤鱼脑组织磁共振成像坐标转换为应用脑立体定位仪进行电极植入所需坐标的方法。本研究应用3.0T磁共振成像仪对鲤鱼颅脑成像,自主建立颅脑三维立体定位坐标系、颅骨表面辅助三维坐标系和脑组织内部辅助三维坐标系,经两次坐标转换,将脑电极植入位点磁共振图像坐标转换到三维立体定位坐标系中以引导电极植入。实验分A、B两组,A组为磁共振成像仪结合脑立体定位仪组,B组为脑图谱结合脑立体定位仪组,每组鲤鱼20尾(n=20),分别应用两种方法将电极植入小脑运动区。进行鲤鱼机器人水下实验检验,结果表明A组和B组植入电极准确度分别为90%和60%,A组成功率明显高于B组(P <0.05)。故本文的新方法能够准确定位鲤鱼脑组织的坐标。     

肠道生物机器人中驱动装置的刺激控制系统研究

针对目前肠道诊疗设备的驱动问题,引入一种全新的肠道诊疗没备一肠道生物机器人.利用生物体作为驱动装置,携带肠道诊疗装置进入肠道内,通过体外的控制中心遥控生物体的运动行为,实现诊疗装置在肠道内主动前进、后退和定点泊位.选取黄鳝作为肠道生物机器人的生物体,并在了解其运动控制机理的基础上,设计出刺激控制系统.该系统由刺激电极和刺激器两部分组成,其刺激电极为表面式刺激电极和植入式刺激电极;其刺激器由LabVIEW软件和数据采集卡构成.采用该系统进行体外刺激控制实验,初步获得控制黄鳝前进的方法,证实该系统的可行性.     

户外鸽子生物机器人的设计及初步应用EI北大核心CSCD

视距外控制对具有大范围运动能力的生物机器人意义重大。鸽子生物机器人以在体预编程的方式实现了视距外控制,但尚未形成控制闭环。本研究在鸽子生物机器人控制系统的神经刺激功能之上增设运动监测功能,对鸽子飞行状态实时解算,结合逻辑判据实现户外飞行过程中转向及盘旋的闭环调控。调控刺激位点位于鸽子中脑网状结构(FRM)的两侧,分别用于左向和右向控制;刺激信号具有生物神经细胞膜电位的波形特征并间歇激活;控制系统总重11.8 g。结果表明,该鸽子生物机器人的闭环调控成功率达到90%;辅以在体摄像装置,可方便获取飞行机动时的翼面形态;结合鸽群等级特征,能够实现个体调控对集群演化的干预。这些为发掘鸽子生物机器人在科学研究领域的应用奠定了基础。     

不同光谱的发光二极管阵列光源照射对体外游离胆红素光化学降解效应的影响

目的:探讨三种不同光谱范围的发光二极管(LED)阵列光源对体外游离胆红素降解效应的影响。方法:将500μL浓度为205.2μmol/L的胆红素标准液封入5mL的耐热玻璃管制成一个样本管。将所有共54个样本管分为三组,分别经相同光照强度的蓝光、蓝绿混合光和绿光LED阵列照射0h、0.5h、1h、2h、4h和8h,然后通过咖啡因法检测胆红素溶液的吸光度值。结果:与空白对照组比较,蓝光、蓝绿混合光和绿光LED光照均对胆红素有明显的降解作用(P<0.05);其中又以蓝光LED的光化学降解效应最强。结论:光谱是影响新生儿黄疸LED光疗疗效的重要参数,并且蓝光(465±20)nm为LED光疗较适宜光谱范围。     

框架式并联骨科手术机器人辅助椎弓根螺钉置入北大核心

背景:课题组与上海大学机器人研究所以及上海禾璞医疗科技有限公司共同开发了框架式并联骨科手术机器人,希望为国产骨科手术机器人的发展做出贡献。目的:通过动物腰椎实验测试框架式并联骨科手术机器人辅助腰椎手术的可行性,验证其操作性能及辅助置钉的准确度。方法:将12具山羊腰椎随机分成2组,实验组(6具,60个钉道)使用手术机器人根据三维CT数据规划钉道,并应用框架式并联骨科手术机器人辅助置入克氏针;对照组(6具,60个钉道)由医生根据二维X射线数据手动置入克氏针。记录钉道规划时间、克氏针置入时间、X射线暴露时间。实验结束后采集两组CT影像,依据改良Gertzbein-Robbins分类标准评估置入克氏针的准确性与优良率。结果与结论:(1)实验组钉道规划时间长于对照组(P <0.001),两组间克氏针置入时间及X射线暴露时间比较差异无显著性意义(P> 0.05);(2)标本CT扫描显示,实验组置钉成功率、优良率分别为100%,96.7%,对照组置钉成功率、优良率分别为98.3%,85.0%,实验组置钉优良率明显高于对照组(P <0.05);(3)结果表明,与术中C臂机透视引导徒手置钉相比,应用框架式并联骨科手术机器人进行辅助椎弓根螺钉置钉的准确率更高,可以有效提高手术安全性。     

一种可实现动物清醒状态下施加经颅直流电刺激的方法

目的:建立一种适用于小型实验动物,特别是啮齿类动物清醒状态下施加经颅直流电刺激(transcranial direct currentstimulation,t DCS)的方法以满足实验室研究的需要。方法:根据实验需要自行设计并制备杯状电极及配套电极-电路连接装置;通过骨水泥和颅钉联合固定的方法将刺激电极固定于目标脑区对应的颅骨表面;连接刺激通路、调节刺激参数,并开始对实验动物施加清醒t DCS刺激,在刺激过程中检测电流和电压变化并观察实验动物的反应;通过与传统金属电极比较证明该方法在长期饲养和多次刺激时的可靠性。结果:成功制备符合实验要求且规格一致的杯状电极与电极-电路连接装置;成功通过骨水泥及颅钉联合固定的方法将刺激电极长期固定于目标脑区对应的颅骨表面;实现动物清醒状态下t DCS刺激,刺激期间电流稳定,动物未出现神经精神行为异常;比较该杯状电极与传统电极发现,为了达到预订刺激电流强度,传统金属电极组需要更高的输出电压(P0.01),并且杯状电极在固定牢固性、刺激电流稳定性和操作简易性等方面明显高于传统金属电极,同时杯状电极重复利用度明显高于金属电极。结论:本方法制备的杯状电极可以满足小型实验动物长期、多次清醒t DCS刺激的需要,与传统金属电极相比具有明显优势。     

慢性应激诱发高血压大鼠模型的建立

目的研究通过简易方法建立稳定的慢性应激性高血压动物模型,并对相关方法进行比较。方法分别对大鼠采用低频、低压交流电电击足底作为单一应激源和足底电击结合噪声的复合刺激为应激源,对大鼠实施反复应激刺激28d,经左颈总动脉插管测定其血压和心率变化。结果应激组30只大鼠与正常对照组动物比较,血压显著升高;其中实施复合刺激为应激源的大鼠,高于正常对照组平均动脉压3kPa以上的高压鼠发生率为81.0%,采用单一应激源刺激组为49.1%,应激大鼠心率均表现为明显增快。结论(1)本实验采取的慢性应激刺激方法在诱导高血压动物模型是有效的;(2)复合应激源比单一应激源诱发高压大鼠的发生率更高。     

三氧矿合物复合纤维粘连蛋白盖髓的扫描电镜观察

目的:采用扫描电子显微镜技术观察三氧矿合物复合纤维粘连蛋白作为盖髓剂形成修复性牙本质桥的超微结构特点并对其疗效进行评价。 方法:以4只猫为实验对象,每只猫分为A、B、C、D 4个区,每区选取3颗实验牙,机械暴露牙髓后,分别用三氧矿合物、三氧矿合物复合纤维粘连蛋白、氢氧化钙、纤维粘连蛋白与医用淀粉盖髓,盖髓12周后应用扫描电镜观察新形成的牙本质桥。 结果: 氢氧化钙组、三氧矿合物组可见不规则的牙本质桥结构。三氧矿合物复合纤维粘连蛋白组可见完整的牙本质桥。在纤维粘连蛋白和医用淀粉组,未见牙本质桥形成。结论: 三氧矿合物复合纤维粘连蛋白能刺激修复性牙本质形成,形成的牙本质桥完整,值得临床推广应用。     

发光二极管红光照射对家兔血压影响的研究

目的应用发光二极管(LED)红光照射家兔颈部的交感神经,观察其对家兔血压的影响。方法日本大耳白家兔24只,雌雄各半,体质量2.0～2.5 kg。将实验家兔随机分为4组,每组6只:A组为正常对照组,B组为正常家兔红光照射组,C组为急性低血压模型对照组,D组为急性低血压模型红光照射组。应用LED红色光源分别照射B、D组40 min,A、C组不做红光照射处理,观察记录各组血压变化和神经放电变化情况。结果造模手术后30 min时C组血压与D组间差异无统计学意义(P>0.05),但均显著低于A组和B组。手术后70 min时D组血压显著高于C组,B组一直未见明显变化,说明LED红光照射对低血压家兔收缩压、舒张压均有升压作用,而对正常家兔血压无明显影响。结论应用LED红光照射家兔交感神经,使交感神经放电频率加快、幅度增大,急性低血压模型家兔血压恢复正常水平。LED红光照射对正常家兔的血压无明显影响。     

α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

研究α频率（8-13Hz）闪光刺激是否能引起人脑枕区同频率脑电信号的增加。采集15名正常志愿者在平静、光刺激状态下的脑电信号,利用脑地形图、小波分析和功率谱估计的方法对α频率光刺激前后的脑电信号进行处理,将归一化后的数据分为平静-激活组、男女对照组、两个不同电极位置组进行对比分析,对组间信号的差异进行了讨论,并对受试者精神状态的变化进行初步探讨。结果表明：周期性α频率光刺激能引起大脑枕区同频率脑电的显著增加。通过分析实验数据,初步得到了大脑在外部闪光刺激时脑电的变化规律,本实验结果对研究外部刺激对脑电的影响有一定的参考价值。     

光刺激移植视网膜诱导脑内c-fos的表达

<正> 本实验将妊娠14天的SD大鼠胚胎视网膜移植至新生第一天大鼠的中脑(宿主鼠),摘除宿主鼠的右眼,存活四周后,用FDS蛋白免疫组化方法观察移植视网膜与脑的功能联系.本实验设实验组及对照组,实验组(6只),接受光刺激前三天摘除宿主鼠左眼,闪烁光反复刺激移植视网膜部位一小时,停止刺激二小时后,灌注固定取材.对照组SD大鼠与宿主鼠龄相同,分摘除右眼组(3只)、摘除左眼组(3只)和摘除双眼组(3只),其实验条件与实验组相同.结果显示正常对照组摘除右眼组及摘除左眼组的大鼠均在对侧上丘出现明显的c-fos表达;摘除双眼组大鼠上丘末见阳性结果.宿主鼠     

α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

研究α频率(8～13Hz)闪光刺激是否能引起人脑枕区同频率脑电信号的增加.采集15名正常志愿者在平静、光刺激状态下的脑电信号,利用脑地形图、小波分析和功率谱估计的方法对α频率光刺激前后的脑电信号进行处理,将归一化后的数据分为平静-激活组、男女对照组、两个不同电极位置组进行对比分析,对组间信号的差异进行了讨论,并对受试者精神状态的变化进行初步探讨.结果表明:周期性α频率光刺激能引起大脑枕区同频率脑电的显著增加.通过分析实验数据,初步得到了大脑在外部闪光刺激时脑电的变化规律,本实验结果对研究外部刺激对脑电的影响有一定的参考价值.     

猪不停跳心脏离体模型的建立

背景：保持供心离体跳动,可以减少供心的缺血时间,延长供心的离体保存时间。 目的：建立稳定简便的猪不停跳心脏离体模型。 方法：12只健康家猪随机等分为不停跳组和冷晶体灌注组。不停跳组经升主动脉建立冠状动脉灌注,经右心房进右心室建立静脉引流,经左心耳放置软管入左心室引流,建立猪的不停跳心脏离体模型。冷晶体灌注组按常规心脏移植实行心脏离体保护。 结果与结论：不停跳组共施行6例猪心脏离体手术,术后2,4 h离体心脏不停跳成功率为100%(6/6),6 h离体心脏不停跳成功率为83%(5/6)。与对照组相比,不停跳组丙二醛水平降低,超氧化物歧化酶活性升高(P < 0.05),心肌超微结构保持良好。说明猪的不停跳心脏离体模型成功率高,是研究离体不停跳心脏仪器的稳定可靠动物模型。     

慢性应激诱发高血压大鼠模型的建立

目的研究通过简易方法建立稳定的慢性应激性高血压动物模型,并对相关方法进行比较。方法分别对大鼠采用低频。低压交流电电击足底作为单一应激源和足底电击结合噪声的复合刺激为应激源,对大鼠实施反复应激刺激28d,经左颈总动脉插管测定其血压和心率变化。结果应激组30只大鼠与正常对照组动物比较,血压显著升高;其中实施复合刺激为应激源的大鼠,高于正常对照组平均动脉压3kPa以上的高压鼠发生率为81.0%,采用单一应激源刺激组为49.1%。应激大鼠心率均表现为明显增快。结论慢性应激刺激方法诱导高血压动物模型是有效的;复合应激源比单一应激源诱发高压大鼠的发生率更高。目的研究通过简易方法建立稳定的慢性应激性高血压动物模型,并对相关方法进行比较。方法分别对大鼠采用低频。低压交流电电击足底作为单一应激源和足底电击结合噪声的复合刺激为应激源,对大鼠实施反复应激刺激28d,经左颈总动脉插管测定其血压和心率变化。结果应激组30只大鼠与正常对照组动物比较,血压显著升高;其中实施复合刺激为应激源的大鼠,高于正常对照组平均动脉压3kPa以上的高压鼠发生率为81.0%,采用单一应激源刺激组为49.1%。应激大鼠心率均表现为明显增快。结论慢性应激刺激方法诱导高血压动物模型是有效的;复合应激源比单一应激源诱发高压大鼠的发生率更高。     

应用于儿童的LED光源蓝光危害评价方法研究

应用对象为儿童的发光二级管(LED)光源的视网膜蓝光伤害尚未形成成熟的评价方法体系,本研究提出一种考虑了儿童自身特性的蓝光危害评价方法。通过将儿童眼睛生理结构方面的光学特性、观察光源时的心理行为特点引入到LED光源的蓝光危害评价中,以应用对象为成人的光源的光生物安全评价方法为基础,结合差异因素引入修正因子并设定评价测试条件,选取3种不同颜色典型LED光源开展对比分析测试。测试结果表明,差异因素引入对于视网膜蓝光伤害评价存在重大影响,可直接影响蓝光LED视网膜伤害光生物安全危险类别的变化;对于被测的绿光和红光LED而言,其视网膜蓝光危害的低风险类组曝辐值有400%的增幅。通过对比测试,验证了最不利观察距离对于儿童光生物安全评价存在重大影响,眼睛平均透过率因素影响相对较小。但两者的共同变化,将引起光生物安全分类或辐射值的显著变化。因此,引入儿童与成人的差异因素建立应用于儿童的视网膜蓝光伤害光生物安全评价方法是必要和可行的。     

原因不明反复自然流产不同疗程的主动免疫治疗疗效观察

目的比较不明原因反复自然流产主动免疫治疗不同疗程的临床疗效。方法将160例APLA阴性患者分为3组,60例治疗组只治疗一疗程4次后妊娠,78例对照组每3周治疗1次,直至APLA转阳后妊娠;22例未治疗后直接妊娠,观察3组妊娠结局。APLA采用淋巴细胞毒实验进行检测。结果免疫治疗前APLA阳性率为8.57%,免疫治疗后治疗组、对照组APLA阳性率分别为41.67%、94.87%,治疗前后APLA比较差异显著（P〈0.01）。治疗组妊娠成功率为88.64%,对照组妊娠成功率为90.77%,两组比较差异不显著（P〉0.05）,未治疗组妊娠成功率为43.75%,与前两组比较差异显著（P〈0.01）。结论免疫治疗能有效刺激母体产生封闭抗体。对不明原因反复自然流产患者孕前进行一疗程4次治疗具有疗程短、疗效显著、妊娠结局好等特点。     

磁刺激神门穴脑电信号诱发电位分析及源定位

背景:磁刺激技术是一种新型生物刺激技术,鉴于其使用方便且无痛无创,所以可以采用磁刺激技术刺激穴位替代针刺或电刺穴位。脑电信号可以反映大脑皮质神经的兴奋状态,所以磁刺激与神经相关的神门穴并测量与分析其脑电信号可以研究磁刺激穴位的作用与效果。目的:以不同频率磁刺激刺激肢体神门穴,观察在4种不同状态下脑电信号的诱发电位及其偶极子源定位。方法:选择健康右利手男性6名,女性4名,年龄20～30岁,既往无神经、精神系统病史,实验期间被试保持闭眼静息。用3,1,0.5Hz3种不同频率的磁刺激刺激被试右手神门穴。每种频率的刺激实验分4组,第1组为静息实验,第2组为磁刺激实验,第3组为假刺激实验,第4组为假穴实验。观察4种状态下诱发电位的幅值与潜伏期,诱发电位偶极子源定位冠状面、矢状面和轴状面图。结果与结论:0.5,1Hz磁刺激实验4组状态的脑电信号均无明显诱发电位。3Hz磁刺激安静状态与假刺激状态无诱发电位,磁刺激状态主要诱发产生P300成分,体感诱发电位和其他诱发电位得到抑制;假穴状态除产生P300,另外产生明显体感诱发电位和其他诱发电位。对刺激状态和假穴状态的脑电信号进行脑源定位,经过主成分分析确定有两个偶极子源,磁刺激状态偶极子源定位于额颞区,假穴状态偶极子分布较分散。说明采用磁刺激人体神门穴对脑电信号有明显抑制,与进行针刺或电刺激同样具有调节神经功能的作用。     

一种用于脑神经刺激的程控超声发生器

低强度超声对大脑具有明显的刺激作用。设计一种用于脑刺激的程控超声发生器,接受计算机发出的刺激参数信息,内置的可编程门阵列(FPGA)根据这些信息发生刺激脉冲串,并通过改变功放管驱动占空比的方法控制输出功率。发生器采用开关型功放保证效率,通过阻抗匹配电路将输出方波转换成换能器上的正弦波。发生器的脉冲序列参数根据刺激波形设计,相对于使用通用函数发生器更容易理解,且调节方便。测试表明,发生器的最高超声频率可达2 MHz,最大输出功率157.1 W。配接自制的500 kHz聚焦换能器,在空间峰值脉冲平均声强I_sppa=5.36 W/cm²的条件下,对12只大鼠的脑部进行刺激,以肌肉收缩为指标进行观察,刺激成功率达到90%。测试结果和动物实验证明,该发生器适合超声脑刺激研究之用。