心脑血管微创手术辅助装置的研究

摘要

在进行心脑血管微创手术时，由于手术器械的位置不明确，同时医生在操作手术器械时全凭经验和手的感觉，因此手术操作具有很大的偶然性。而且由于医生需要长时间的保持一个姿势，导致医生疲劳度也加大。容易由医生手部的颤抖而传递到手术器械末端的误动作发生机率也会随之增大。因此，极容易发生手术器械对患者血管壁造成额外的伤害。为了能够将这种伤害降低到最小，我们设计微创手术辅助装置对手术进行辅助，将微创手术的伤害尽量降到最低。 本文从两个方面对手术器械进行了分析和设计。一方面是手术器械的定位问题。采用的解决方案是利用永磁元件的磁场特性来进行定位。具体的执行方法是在手术器械的前端放置一块小型永磁元件，通过测量永磁元件位置的方式来测量手术器械的具体位置。另一方面是手术器械的驱动问题。当手术器械在血管内部移动时，我们通过外部的控制电路控制手术器械的移动方向，保证手术的准确进行。实现的方法是通过外部电路产生一个方向和大小均可控制的磁场，通过此外部磁场驱动手术器械前端永磁元件的转向以达到使手术器械在手术时能够自由转换方向的目的。 本文介绍了心脑血管微创手术辅助装置的总体设计方案。包括测量模型的搭建、元件的选择、各种问题计算方法以及控制电路和驱动电路的设计。 最后通过多次各种实验，得出了最适合的手术器械配置方案。实验表明本设计方案能够实现预期的设计目标，在模型范围内能够测量及驱动手术器械前端永磁元件的位置。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2选题的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.3.1国外现状

1.3.2国内现状

1.4微创手术机器人的发展前景

1.5微创手术设备研发所面临的问题

1.6本课题的研究内容

第2章微创手术器械的总体设计方案

2.1手术器械的设计

2.2手术器械的定位装置的设计

2.3手术器械的移动辅助装置

2.4线圈的分析

2.5永磁材料的选取

2.5.1永磁材料的主要参数

2.5.2永磁材料的分类及选择

2.6本章小结

第3章心脑血管微创手术装置的理论研究

3.1测量永磁元件的理论分析

3.2永磁元件驱动的理论分析

3.2.1永磁材料受力原理

3.2.2驱动微小永磁元件的外部磁场的方向问题

3.2.3外部磁场空间转向角γ角的控制方案

3.2.4磁场强度的计算方法

3.3本章小结

第4章心脑血管微创手术辅助装置的硬件设计

4.1控制系统的总体方案设计

4.2核心器件的选择

4.2.1单轴线性霍尔元件的选取

4.2.2 AVR单片机的概述

4.3.3直流斩波芯片的选择

4.3执行机构模块的方案设计

4.4放大滤波校正电路的构成

4.5显示电路的设计

4.6系统结构图

4.7本章小结

第5章心脑血管微创手术辅助装置的软件设计

5.1主程序设计

5.2空间定位子程序设计

5.3占空比的PID调节程序设计

5.4微调子程序设计

5.5本章小结

第6章系统实验测试与数据分析

6.1微机器人的实验装置

6.2同长度微创手术器械在不同介质中运动性能测试

6.3不同长度微创手术器械在相同介质中运动性能测试

6.4不同匝数线圈与不同直径永磁元件运动性能测试

6.5相同匝数不同电压条件下永磁元件的转向角测试

6.6不同匝数线圈条件下永磁元件的旋转角度测试

6.7本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致 谢