腦外科手術(shù)輔助用智能導(dǎo)管及 操縱系統(tǒng)探討

1、腦外科手術(shù)輔助用智能導(dǎo)管及 操縱系統(tǒng)探討    內(nèi)容導(dǎo)讀：感器群應(yīng)用到所研究開發(fā)的導(dǎo)管操縱系統(tǒng)中,進行了相應(yīng)的實驗研究。在控制導(dǎo)管運動的驅(qū)動器的研究中,本文分別對兩種形式材料的驅(qū)動器進行了分析研究,一種是形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動器的設(shè)計和研究,對SMA驅(qū)動器的電熱驅(qū)動機理進行了分析,建立了溫度動力學(xué)模型,并對該模型進行了仿真實驗,設(shè)計了智能導(dǎo)管的SMA驅(qū)動器；另一種是目前流 目前腦血管外科微創(chuàng)手術(shù)由于缺乏必要的教學(xué)手段,該技術(shù)非常難以掌握,世界上只有少數(shù)醫(yī)院的少數(shù)醫(yī)生能進行該手術(shù)。隨著科技的發(fā)展,機械、集成電子技術(shù)飛速猛進,應(yīng)用當(dāng)今的技術(shù)手段解決微創(chuàng)介

2、入手術(shù)存在的問題已經(jīng)成為當(dāng)前科技職員的研究熱門,致力于該方面的研究不僅在于提高手術(shù)的質(zhì)量,而且在于提高手術(shù)的安全性、手術(shù)的精度以及手術(shù)的效率等方面。本文以血管介入手術(shù)作為應(yīng)用背景,針對腦外科手術(shù)輔助用智能導(dǎo)管以及導(dǎo)管操縱系統(tǒng)展開研究,該系統(tǒng)一旦研究成功可實現(xiàn)降低操縱失誤率,提高手術(shù)質(zhì)量的應(yīng)用目標(biāo)。本文總結(jié)了該領(lǐng)域目前所碰到的若干瓶頸,針對醫(yī)生操縱機器人進行血管介入手術(shù)時,無法感覺到血管和導(dǎo)管之間的觸覺力,主動導(dǎo)管在血管分叉時是否能正確地進入目標(biāo)血管分支,導(dǎo)管觸覺力信息的反饋,以及導(dǎo)管輸送機械裝置的可靠性等諸多方面問題都進行了深入分析和研究,具體內(nèi)容主要包括以下幾個方面：結(jié)合在心血管中的應(yīng)用,本

3、文選用動態(tài)性能良好的壓電材料聚偏二氟乙烯(PVDF)作為觸覺力傳感器的敏感材料,分析了該種材料的壓電特性,設(shè)計了相應(yīng)的電荷放大電路,對其進行電學(xué)和力學(xué)模型的建立,終極建立了觸覺力傳感器的數(shù)學(xué)模型。本文還對PVDF傳感器陣列進行了有限元分析,通過聚類分析并應(yīng)用遺傳算法對PVDF觸覺傳感器陣列進行了最優(yōu)方法設(shè)計,設(shè)計了3×3式PVDF傳感器陣列,并進行了相應(yīng)的實驗研究,終極將設(shè)計的由3個PVDF觸覺傳感器構(gòu)成的觸覺傳感器群應(yīng)用到所研究開發(fā)的導(dǎo)管操縱系統(tǒng)中,進行了相應(yīng)的實驗研究。在控制導(dǎo)管運動的驅(qū)動器的研究中,本文分別對兩種形式材料的驅(qū)動器進行了分析研究,一種是形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動器

4、的設(shè)計和研究,對SMA驅(qū)動器的電熱驅(qū)動機理進行了分析,建立了溫度動力學(xué)模型,并對該模型進行了仿真實驗,設(shè)計了智能導(dǎo)管的SMA驅(qū)動器；另一種是目前流行的離子導(dǎo)電聚合物薄膜(ICPF)集成傳感驅(qū)動器的研究,分析了該種驅(qū)動器的撓度輸出和器陣列的研究221.3.3導(dǎo)管驅(qū)動器及智能導(dǎo)管22-241上一頁 1 2 3 4 下一頁 端部輸出特性,進行了驅(qū)動器建模和驅(qū)動器端部力傳感器建模,并對傳感驅(qū)動器的魯棒性進行了分析以及實驗校正,該種驅(qū)動器克服了直通耦合、環(huán)境噪聲等影響。本文還針對神經(jīng)外科手術(shù)用導(dǎo)管操縱系統(tǒng)進行了研究,首先先容了一種主-從遙控導(dǎo)管操縱系統(tǒng),

5、該系統(tǒng)是通過一個控制手柄來控制從動裝置端來完成導(dǎo)管的推進操縱的,但該種裝置無法構(gòu)成整個導(dǎo)管的力反饋,所以提出了一種線性步進機械裝置(LSM)的新型導(dǎo)管操縱系統(tǒng)設(shè)計,該系統(tǒng)主要基于醫(yī)生操縱的現(xiàn)實感對導(dǎo)管操縱系統(tǒng)進行設(shè)計,并構(gòu)成了完整的力反饋系統(tǒng)。這種新型線性步進機械裝置結(jié)構(gòu)的主-從導(dǎo)管機械傳送裝置,可以防止出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,更易于操縱和消毒,并在系統(tǒng)中易于實現(xiàn)遠程控制,可以給醫(yī)生帶來很強的操縱感,比老型操縱系統(tǒng)更有上風(fēng),更便于醫(yī)生操縱。腦外利手術(shù)輔助用智能導(dǎo)管操縱系統(tǒng)可以輔助醫(yī)生進行導(dǎo)管插入,通過計算機控制裝置來實現(xiàn)導(dǎo)管的前進、后退與旋轉(zhuǎn),還可以檢測導(dǎo)管在運動過程中的運動阻力,操縱者根據(jù)觸覺力信息的

6、反饋來調(diào)整導(dǎo)管的運動,從而給出相應(yīng)的回應(yīng)操縱,以避免導(dǎo)管損傷血管。該套系統(tǒng)還可以作為外科手術(shù)醫(yī)生的實驗教學(xué)系統(tǒng),在實現(xiàn)未來的完善研究后,便可以很好地解決手術(shù)中插管難度高、危險性大的問題,從而可以極大程度上減少醫(yī)生的工作強度,提高手術(shù)的成功率。【關(guān)鍵詞】：聚偏二氟乙烯觸覺傳感器導(dǎo)管驅(qū)動器主動導(dǎo)管導(dǎo)管操縱系統(tǒng)【論文提綱】：· 摘要5-7· ABSTRACT7-11· 第1章緒論11-28· 1.1腦外科手術(shù)輔助用智能導(dǎo)管操縱系統(tǒng)研究的目的和意義11-13· 1.2腦外科手術(shù)輔助系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19· 1.2.1腦外科手術(shù)輔助系統(tǒng)

7、的國外研究現(xiàn)狀13-17· 1.2.2腦外科手術(shù)輔助系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-19· 1.3腦外科手術(shù)輔助用智能導(dǎo)管操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)19-25· 1.3.1PVDF觸覺傳感器的研究19-22· 1.3.2觸覺傳感器陣列的研究22· 1.3.3導(dǎo)管驅(qū)動器及智能導(dǎo)管22-24· 1 .3.4導(dǎo)管操縱裝置及力反饋24-25· 1.4論文主要研究內(nèi)容和寫作安排25-28· 第2章PVDF觸覺微傳感器的研究28-44· 2.1引言28· 2.2觸覺傳感器的設(shè)計分析28-32· 2.2.1PVDF

8、壓電薄膜及傳感原理28-29· 2.2.2PVDF傳感器電荷放大電路設(shè)計29-30· 2.2.3PVDF傳感器敏感特性分析30-32· 2.3PVDF觸覺傳感器的建模32-38· 2.3.1PVDF傳感器電學(xué)模型的建立32-35· 2.3.2PVDF傳感器力學(xué)模型的建立35-36· 2.3.3PVDF傳感器數(shù)學(xué)模型的建立36-38· 2.4PVDF觸覺傳感器的實驗研究38-43· 2.5本章小結(jié)43-44· 第3章PVDF觸覺傳感器陣列的研究44-60· 3.1引言44· 3.2PVD

9、F觸覺傳感器陣列的有限元分析44-49· 3.2.1PVDF觸覺傳感器陣列的有限元模型44-45· 3.2.2PVDF觸覺傳感器陣列的有限元分析45-48· 3.2.3PVDF觸覺傳感器陣列的數(shù)值結(jié)果48-49· 3.3PVDF觸覺傳感器陣列的最優(yōu)化49-54· 3.3.1PVDF觸覺傳感器陣列的優(yōu)化方法49-51· 3.3.2PVDF觸覺傳感器陣列的優(yōu)化驗證51-53· 3.3.3PVDF觸覺傳感器陣列的優(yōu)化結(jié)果與分析53-54· 3.4PVDF觸覺傳感器陣列54-58· 3.5本章小結(jié)58-60

10、83; 第4章微型智能導(dǎo)管驅(qū)動器的研究60-83· 4.1引言60· 4.2SMA驅(qū)動器的研究60-70· 4.2.1形狀記憶合金60-61· 4.2.2SMA狀態(tài)變換的建模61-62· 4.2.3溫度動力學(xué)建模62-63· 4.2.4模型仿真63-65· 4.2.5單SMA腱彎曲模型65-69· 4.2.6基于SMA驅(qū)動器的導(dǎo)管的設(shè)計69-70· 4.3ICPF驅(qū)動器的研究70-81· 4.3.1ICPF驅(qū)動器工作原理70-71· 4.3.2ICPF驅(qū)動器的建模71-74·

11、 4.3.3驅(qū)動器端部的力傳感器建模74-76· 4.3.4驅(qū)動器的魯棒性的實驗和實驗結(jié)果86-885.3新型導(dǎo)管操縱系統(tǒng)88-975.3.1整體控制系統(tǒng)設(shè)計88-895.3.2主裝置的結(jié)構(gòu)與功能89-905.3.3從裝置的結(jié)構(gòu)與功能905.3.4整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能90-955.3.5仿真實驗和實驗結(jié)果95-975.4本章小結(jié)97-99結(jié)論99-101參考文獻101-112攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果112-113致謝113上一頁 1 2 3 4  校驗76-81· 4.3.5基于ICPF驅(qū)動器的導(dǎo)管的設(shè)計81· 4.4本章小結(jié)81-83· 第5章導(dǎo)管操縱系統(tǒng)的研究83-99· 5.1引言83· 5.2主-從遙控導(dǎo)管操縱系統(tǒng)83-88· 5.2.1主-從遙控系統(tǒng)的設(shè)計83-84· 5.2.2主-從遙控導(dǎo)管操縱系統(tǒng)84-85· 5.2.3受力信息監(jiān)測系統(tǒng)85-86· 5.2.4仿真實驗和實驗結(jié)果86-88· 5.3新型導(dǎo)管操縱系統(tǒng)88-97· 5.3.1整體控制系統(tǒng)設(shè)計88-89· 5.3.2主裝置