心脏射频消融柔性导管的建模与感知

摘要

世界范围内，心血管疾病严重危害人类的健康，由其导致的死亡率正在逐年增加。心律失常是血管疾病常见的临床表现形式之一，心脏导管射频消融手术是治疗该疾病的主要微创式手术。传统的导管介入操作在器械灵活可控性、导管远端精确定位以及消融操作安全性等方面亟待提升。本文研制了丝驱动可控柔性导管及其驱动机构，建立了丝耦合的柔性导管力学模型，研制了多自由度力传感器，并开展了实验验证工作。具体内容如下：
　　研制了基于弹性骨架的丝驱动可控柔性导管以及多自由度导管驱动机构。设计并研制了基于弹簧骨架的和基于镍钛合金片骨架的导管样机，设计并研制了集成双钢丝驱动及导管旋转自由度的3自由度驱动机构。
　　建立基于梁理论的柔性导管力学模型，引入了丝耦合的交互模型。应用Cosserat梁理论来描述柔性骨架的大变形特性，采用非线性有限元方法分析了丝耦合的柔性导管弯曲变形，并通过实验验证了理论模型和有限元模型的精确性。
　　研制了基于布拉格光纤光栅(FBG)感知应变原理的导管远端力反馈传感器。设计并研制了基于预拉伸的FBG和弹簧式弹性体的轴向力传感器，设计并研制了基于三根FBG和3D打印复合材料弹性体的侧向力传感器，开展实验研究验证力传感器的精度。
　　应用研制的柔性导管样机、多自由度驱动平台以及导管力学模型，开展靶点跟踪实验，成功完成了对多个靶点的精准定位。本论文的研究工作是对心脏射频消融机器人辅助技术的深入研究，对导管的可操控性及精确传感具有重要意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 柔性可控导管及驱动机构设计

2.1 引言

2.2 设计目标

2.3 柔性可控导管设计

2.4 驱动机构设计

2.5 本章小结

第3章 柔性导管力学建模

3.1 引言

3.2 建模方法介绍

3.3 基于Cosserat梁理论的柔性导管精确建模

3.4 有限元建模分析

3.5 本章小结

第4章 基于FBG的导管远端力反馈技术

4.1 引言

4.2 FBG传感器系统介绍

4.3 基于FBG微形变检测的轴向力传感器设计

4.4 基于FBG微形变检测的侧向力传感器设计

4.5 本章小结

第5章 实验研究

5.1 引言

5.2 弹簧骨架型可控导管实验

5.3 片骨架型可控导管实验

5.4 传感器实验

5.5 靶点定位实验

5.6 本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢