基于机器视觉的血管支架径向刚度及径向支撑力测试装置的研究

摘要

血管支架是一种被用来植入受阻的血管内并在膨胀后撑开狭窄的血管壁以增大其腔体容积的微创医疗器械。介入式心脏疗法近年来在微创医疗领域取得了长足的进步，但是，支架在临床使用前须遵守相关规定并通过体内外测试和临床实验。国内对体外测试这方面的研究明显不足，所以本论文的主要目的就是研制和开发冠状动脉支架产品性能测试装置，重点研究了冠脉支架径向刚度和支撑力的测试方法和装置；其次，针对316L不锈钢冠脉支架作了径向支撑力测试实验。本文所做的研究得出了以下主要成果和结论： 1）在对现有文献中出现的支架径向力测试装置总结的基础上，提出了基于周向液压均匀加载和机器视觉测量技术的支架径向刚度和支撑力测试方法，即支架由透明薄膜包覆置于透明密封腔内，对密封腔加压的同时由一套机器视觉系统观察和测量支架的尺寸。 2）以NI（National Instruments Inc．，USA）的数据采集和图像采集硬件以及LabVIEW软件为平台，开发了基于机器视觉的血管支架径向支撑刚度和支撑力测试装置，不仅实现了对支架径向支撑力以及变形中的尺寸的测量，并且通过实时捕捉的图像，可以对支架的变形情况和失效形式作进一步分析。 3）对上述测试装置作了误差分析，通过完善的照明措施和多点标定方法，确保系统的尺寸测量精度达到了轴向：0．03mm，径向：0．04mm，压强分辨率为5kpa，并且具有较高的重复精度。 4）在该测试装置上对材料为316L不锈钢，以正弦环和S形连接杆为特征的冠脉支架进行了径向支撑力测试实验。实验结果表明，上述支架在受均匀分布的径向压力时会表现出一段很小的弹性区间，在此区间内，支架在压力卸载后可恢复至加压前的状态。若载荷超过此区间，支架发生不可回复变形。实验显示支架的失效形式为屈曲变形后的截面积骤减。实验还得出了此种支的架载荷-变形曲线，并且验证了支架变形过程中轴向和径向尺寸间的负相关关系，为支架的设计和分析结构提供了验证的手段。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 冠心病的微创治疗方法

1.3 冠状动脉支架的分类及技术指标

1.4 支架测试领域的研究现状

1.4.1 支架尺寸的测量方法

1.4.2 轴向柔顺性

1.4.3 弯曲状态下的支架和支架系统的外轮廓

1.4.4 径向支撑力

1.5 本文选题目的、意义及主要内容

第2章 测试装置的总体结构设计

2.1 功能需求与评价指标

2.2 总体方案设计

2.2.1 开发平台的选择

2.2.2 测试方案

2.3 测试装置的关键技术

2.3.1 虚拟仪器技术

2.3.2 机器视觉测量技术

2.4 本章小结

第3章 测试装置的硬什设计

3.1 数据采集模块

3.2 自动加载模块

3.3 机器视觉测量模块

3.3.1 系统配置

3.3.2 系统安装

3.4 本章小结

第4章 测试装置的软件设计

4.1 软件的开发模型

4.2 软件的总体架构

4.3 基于状态机的LabVIEW程序架构

4.3.1 状态机的结构和状态的划分

4.3.2 LabVIEW状态机原理及实现

4.3.3 建构状态机的流程

4.4 数据采集模块软件设计

4.5 机器视觉模块软件设计

4.6 本章小结

第5章 测试装置原型与支架径向刚度与支撑力测试实验

5.1 系统原型

5.2 支架径向刚度和支撑力实验内容

5.3 实验结果

5.4 实验结论

5.5 测试装置的精度和误差分析

5.5.1 数据采集系统的抗干扰措施

5.5.2 机器视觉系统的误差分析

5.6 论证本测试装置的有效性

5.6.1 本装置符合现有国际标准和规范

5.6.2 本装置的测试结果与现有国外文献相吻合

5.7 本章小结

第6章 结论、研究不足和后续工作展望

致谢

参考文献

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