颅脑手术头架的优化设计与分析

摘要

目前,颅脑损伤的发生在现代社会中正日益增多,其死亡率和致残率比较高,备受人们关注。颅脑手术中需要用到一种医疗器械——颅脑手术头架,特别是Mayfield头架,它的使用可以给医生和患者提供一个良好的手术操作体位,对于手术的顺利实施具有较大的帮助,但在使用中也会出现一些诸如头部滑脱、颅骨穿透等缺点和不足。本文针对Mayfield头架的这些缺点和不足进行分析和优化,使其在使用中更加简单方便、安全可靠。
　　本文首先分析目前常用的颅脑手术头架的优缺点,并结合现有的医学报告,提出了优化改进方案。根据改进方案,同时参考现有结构,利用Pro/E对头架系统中的各构件进行建模,确定各构件之间的连接方式和锁紧定位方式。对头架中的关键构件进行力学分析和强度校核,利用MATLAB编程找出构件出现最大应力时的受力状态,以避免发生失效。通过ANSYS对几个典型构件进行有限元分析,得到整个构件上的变形图和应力图,并与前面的计算结果作对比。
　　其次,根据传感器输出信号的类型,完成了信号处理电路的设计。利用PCI8360V数据采集卡将经电路处理后的信号采集进计算机,通过LabVIEW软件对采集到的数据进行编程处理,将结果显示到前面板上方便用户读取。利用视频采集模块对手术视频进行采集、保存,以方便医学上的学术交流以及医务人员技能的提高。对远程医疗进行简要分析,通过LabVIEW提供的web发布功能,将数据采集系统进行远程发布,有助于远程医疗更好的实施。
　　最后,制作简易头架模型对改进后头架的新功能进行实验验证,并对影响施加载荷和钉入深度的因素进行分析。
　　优化改进后的颅脑手术头架降低了现有头架在使用中存在的风险,实现了对施加载荷和钉入深度的实时测量。在本文的结论部分,对头架系统进一步地改进和完善提出了自己的一些建议。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 主要研究内容

第2章 头架结构的优化设计

2.1 头架系统的设计要求

2.2 整体方案的选择

2.3 头架各构件间的连接固定形式

2.4 各构件的质量

2.5 本章小结

第3章 头架各构件的受力与强度分析

3.1 构件的受力分析

3.2 部分结构的有限元分析

3.3 本章小结

第4章 数据采集系统的设计

4.1 传感器的选择

4.2 信号处理电路的设计

4.3 数据采集程序的设计

4.4 远程医疗

4.5 本章小结

第5章 实验与分析

5.1 简易头架模型的设计

5.2 影响因素实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢