可直视心脏微创介入手术的关键技术研究

摘要

心脏微创介入手术是通过柔性的导管手术器械对心脏疾病进行诊断和治疗的新型手术方式。但这手术在操作时需要的图像引导存在一些不足：(1)设备采集的图像中各组织结构不直观，难于区分；(2)在术后重建的图像无法实现对手术效果的有效评估。针对这种问题，本文具体对在心脏内血液环境中的可直视导管介入技术、导管的可操控性及保障导管操作安全的力反馈技术进行研究。具体工作如下：
　　针对心脏内的血液环境，采用光纤内窥镜设计可直视导管系统的整体结构，基于心电门控设计其注射装置。对喷嘴射流流体进行仿真分析以确保其对图像的获取功能及保护心脏的安全。研制可直视导管的样机，并搭建实验平台对可直视导管系统的性能进行评估。
　　针对可直视导管的操控性能，设计可操控的双弯导管，建立其弯曲段的力学及运动学模型。研制带有操作手柄的双弯导管样机，开展实验进行运动学验证，并对其进行性能评估。
　　针对可直视导管操作的安全性问题，基于反射式光纤测距原理设计光纤式的三维力反馈传感器。建立传感器三维受力与光纤输出功率之间关系的分析模型，重点进行弹性体设计，并进行仿真分析优化其结构参数。实现力反馈传感器的样机，并搭建实验平台评估传感器的性能。
　　本文研究的血液内可直视技术、导管可操控性与三维力反馈技术的三项关键技术可有效的解决心脏内可直视手术的问题。可操控的心内可直视导管可为心脏内的微创介入手术提供灵活多视角的观察环境，简化手术操作过程，避免恶劣的手术环境，同时对提高手术成功率，减小附加伤害，降低手术风险都有重大意义。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 课题研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 心内可视导管的设计与分析

2.1 引言

2.2 心内可视导管的喷嘴设计

2.3 可视导管的结构设计

2.4 心内可视导管的实验平台搭建及实验结果

2.5 本章小结

第3章 可操控双弯导管的设计与分析

3.1 引言

3.2 可操控双弯导管的结构设计

3.3 可操控双弯导管的力学分析及运动学分析

3.4 可操控双弯导管的运动学实验及数据分析

3.5 可操控双弯导管的操作手柄设计

3.6 本章小结

第4章 三维力反馈传感器的设计与分析

4.1 引言

4.2 三维力反馈传感器的设计原理

4.3 三维力反馈传感器的结构设计

4.4 三维力反馈传感器测试实验平台搭建

4.5 三维力反馈传感器的实验及数据分析

4.6 本章小结

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