脑外科手术辅助用智能导管及 操纵系统探讨

1、脑外科手术辅助用智能导管及 操纵系统探讨    内容导读：感器群应用到所研究开发的导管操纵系统中,进行了相应的实验研究。在控制导管运动的驱动器的研究中,本文分别对两种形式材料的驱动器进行了分析研究,一种是形状记忆合金(SMA)驱动器的设计和研究,对SMA驱动器的电热驱动机理进行了分析,建立了温度动力学模型,并对该模型进行了仿真实验,设计了智能导管的SMA驱动器；另一种是目前流 目前脑血管外科微创手术由于缺乏必要的教学手段,该技术非常难以掌握,世界上只有少数医院的少数医生能进行该手术。随着科技的发展,机械、集成电子技术飞速猛进,应用当今的技术手段解决微创介

2、入手术存在的问题已经成为当前科技职员的研究热门,致力于该方面的研究不仅在于提高手术的质量,而且在于提高手术的安全性、手术的精度以及手术的效率等方面。本文以血管介入手术作为应用背景,针对脑外科手术辅助用智能导管以及导管操纵系统展开研究,该系统一旦研究成功可实现降低操纵失误率,提高手术质量的应用目标。本文总结了该领域目前所碰到的若干瓶颈,针对医生操纵机器人进行血管介入手术时,无法感觉到血管和导管之间的触觉力,主动导管在血管分叉时是否能正确地进入目标血管分支,导管触觉力信息的反馈,以及导管输送机械装置的可靠性等诸多方面问题都进行了深入分析和研究,具体内容主要包括以下几个方面：结合在心血管中的应用,本

3、文选用动态性能良好的压电材料聚偏二氟乙烯(PVDF)作为触觉力传感器的敏感材料,分析了该种材料的压电特性,设计了相应的电荷放大电路,对其进行电学和力学模型的建立,终极建立了触觉力传感器的数学模型。本文还对PVDF传感器阵列进行了有限元分析,通过聚类分析并应用遗传算法对PVDF触觉传感器阵列进行了最优方法设计,设计了3×3式PVDF传感器阵列,并进行了相应的实验研究,终极将设计的由3个PVDF触觉传感器构成的触觉传感器群应用到所研究开发的导管操纵系统中,进行了相应的实验研究。在控制导管运动的驱动器的研究中,本文分别对两种形式材料的驱动器进行了分析研究,一种是形状记忆合金(SMA)驱动器

4、的设计和研究,对SMA驱动器的电热驱动机理进行了分析,建立了温度动力学模型,并对该模型进行了仿真实验,设计了智能导管的SMA驱动器；另一种是目前流行的离子导电聚合物薄膜(ICPF)集成传感驱动器的研究,分析了该种驱动器的挠度输出和器阵列的研究221.3.3导管驱动器及智能导管22-241上一页 1 2 3 4 下一页 端部输出特性,进行了驱动器建模和驱动器端部力传感器建模,并对传感驱动器的鲁棒性进行了分析以及实验校正,该种驱动器克服了直通耦合、环境噪声等影响。本文还针对神经外科手术用导管操纵系统进行了研究,首先先容了一种主-从遥控导管操纵系统,

5、该系统是通过一个控制手柄来控制从动装置端来完成导管的推进操纵的,但该种装置无法构成整个导管的力反馈,所以提出了一种线性步进机械装置(LSM)的新型导管操纵系统设计,该系统主要基于医生操纵的现实感对导管操纵系统进行设计,并构成了完整的力反馈系统。这种新型线性步进机械装置结构的主-从导管机械传送装置,可以防止出现打滑现象,更易于操纵和消毒,并在系统中易于实现远程控制,可以给医生带来很强的操纵感,比老型操纵系统更有上风,更便于医生操纵。脑外利手术辅助用智能导管操纵系统可以辅助医生进行导管插入,通过计算机控制装置来实现导管的前进、后退与旋转,还可以检测导管在运动过程中的运动阻力,操纵者根据触觉力信息的

6、反馈来调整导管的运动,从而给出相应的回应操纵,以避免导管损伤血管。该套系统还可以作为外科手术医生的实验教学系统,在实现未来的完善研究后,便可以很好地解决手术中插管难度高、危险性大的问题,从而可以极大程度上减少医生的工作强度,提高手术的成功率。【关键词】：聚偏二氟乙烯触觉传感器导管驱动器主动导管导管操纵系统【论文提纲】：· 摘要5-7· ABSTRACT7-11· 第1章绪论11-28· 1.1脑外科手术辅助用智能导管操纵系统研究的目的和意义11-13· 1.2脑外科手术辅助系统的国内外研究现状13-19· 1.2.1脑外科手术辅助系统

7、的国外研究现状13-17· 1.2.2脑外科手术辅助系统的国内研究现状17-19· 1.3脑外科手术辅助用智能导管操纵系统的关键技术19-25· 1.3.1PVDF触觉传感器的研究19-22· 1.3.2触觉传感器阵列的研究22· 1.3.3导管驱动器及智能导管22-24· 1 .3.4导管操纵装置及力反馈24-25· 1.4论文主要研究内容和写作安排25-28· 第2章PVDF触觉微传感器的研究28-44· 2.1引言28· 2.2触觉传感器的设计分析28-32· 2.2.1PVDF

8、压电薄膜及传感原理28-29· 2.2.2PVDF传感器电荷放大电路设计29-30· 2.2.3PVDF传感器敏感特性分析30-32· 2.3PVDF触觉传感器的建模32-38· 2.3.1PVDF传感器电学模型的建立32-35· 2.3.2PVDF传感器力学模型的建立35-36· 2.3.3PVDF传感器数学模型的建立36-38· 2.4PVDF触觉传感器的实验研究38-43· 2.5本章小结43-44· 第3章PVDF触觉传感器阵列的研究44-60· 3.1引言44· 3.2PVD

9、F触觉传感器阵列的有限元分析44-49· 3.2.1PVDF触觉传感器阵列的有限元模型44-45· 3.2.2PVDF触觉传感器阵列的有限元分析45-48· 3.2.3PVDF触觉传感器阵列的数值结果48-49· 3.3PVDF触觉传感器阵列的最优化49-54· 3.3.1PVDF触觉传感器阵列的优化方法49-51· 3.3.2PVDF触觉传感器阵列的优化验证51-53· 3.3.3PVDF触觉传感器阵列的优化结果与分析53-54· 3.4PVDF触觉传感器阵列54-58· 3.5本章小结58-60

10、83; 第4章微型智能导管驱动器的研究60-83· 4.1引言60· 4.2SMA驱动器的研究60-70· 4.2.1形状记忆合金60-61· 4.2.2SMA状态变换的建模61-62· 4.2.3温度动力学建模62-63· 4.2.4模型仿真63-65· 4.2.5单SMA腱弯曲模型65-69· 4.2.6基于SMA驱动器的导管的设计69-70· 4.3ICPF驱动器的研究70-81· 4.3.1ICPF驱动器工作原理70-71· 4.3.2ICPF驱动器的建模71-74·

11、 4.3.3驱动器端部的力传感器建模74-76· 4.3.4驱动器的鲁棒性的实验和实验结果86-885.3新型导管操纵系统88-975.3.1整体控制系统设计88-895.3.2主装置的结构与功能89-905.3.3从装置的结构与功能905.3.4整体系统的结构与功能90-955.3.5仿真实验和实验结果95-975.4本章小结97-99结论99-101参考文献101-112攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果112-113致谢113上一页 1 2 3 4  校验76-81· 4.3.5基于ICPF驱动器的导管的设计81· 4.4本章小结81-83· 第5章导管操纵系统的研究83-99· 5.1引言83· 5.2主-从遥控导管操纵系统83-88· 5.2.1主-从遥控系统的设计83-84· 5.2.2主-从遥控导管操纵系统84-85· 5.2.3受力信息监测系统85-86· 5.2.4仿真实验和实验结果86-88· 5.3新型导管操纵系统88-97· 5.3.1整体控制系统设计88-89· 5.3.2主装置