腹腔镜防雾系统的分析和设计

发布时间：2020-06-12 15:42

【摘要】：微创手术凭借其创口小、疤痕少、恢复快、成本低等优点得到越来越广泛的应用,内窥镜是微创手术中用于观察的关键装置。然而手术时产生的温差会使内窥镜成像系统的镜头表面形成水雾,影响成像清晰度甚至出现显示模糊,干扰手术的顺利进行。本文设计内窥镜防雾系统,旨在提高内窥镜在使用中的可靠性,提高微创手术的安全与效率。本文首先分析了微创手术各阶段导致起雾的不同原因,针对现有防雾方法存在防雾时间短、效果差的问题,提出分段加热的方法,对不同原因的起雾均达到防雾的效果,以实现在腹腔镜手术全过程中防雾的目的。针对分段加热控制系统的设计,在对腹腔镜系统体结构和工作环境进行详细分析的基础上,建立了镜头温度控制模型,并分别讨论了三种加热元件及其模型,最后提出一种模糊温度控制算法,结合PWM调控TEC电压,实现了不同手术阶段的恒温控制。仿真结果证明所采用的温控方法满足速度要求,且超调小、鲁棒性好。在前述分析的基础上,本文完成了防雾硬件系统的设计包括传感器选型以及相关电路的设计,实现了控制软件系统的编制,软件功能包括主程序、电流采集、温度采集、温度控制输出和通信的功能管理等。基于Matlab建立了防雾系统的仿真系统。为进一步提高系统的安全性使其满足医疗设备的安全规范要求,本文在系统中设计了保护电路,对温控回路的过流和蓝宝石玻璃温度过温加以限制,一旦超限PWM电源会自动切断,从而有效保证了系统的安全性。本文所设计的防雾系统为实现内窥镜全手术过程防雾奠定基础,为进一步研制防雾型内窥镜提供依据。
【图文】：

世界普遍的手术类型。内窥镜大体可分为三类：硬管式内镜、光学纤维（软管式）内镜、超声与电子内镜。软管式和硬管式内镜如图1所示。本文主要研究的腹腔镜系统体是硬管式内镜，因为现代意义上含有光学系统的硬管内窥镜最早是在1879年由柏林泌尿外科医生Nitze制成的膀胱镜，该内窥镜被用于泌尿系统检查。之后德国德累斯顿外科医生Kelling将Nitze膀胱镜用于插入腹腔观察,开创了硬管式内镜用于腹腔微创手术的历史，并且沿用至今[1]。图 1 光学纤维内镜和硬管式内镜Fig.1 Fiber-optic Endoscopy and Tube System腹腔微创手术过程中由于缺乏触觉，医生对于视觉的要求就更高，所以硬管腹腔镜能否提供一个清晰和稳定的手术画面，，就成了手术可否成功的必要条件[2]。然而在腹腔镜手术中由于腹腔环境的变化镜头起雾时常发生。腹腔镜手术时镜头起雾的情景可见图2，右图是在外科能量器械切割组织时透过腹腔镜镜头看到的直观感受，可以看出在使用外科能量器械的同时白色高温雾气笼罩了整个镜头并在镜头上形成雾气

然而在腹腔镜手术中由于腹腔环境的变化镜头起雾时常发生。腹腔镜手术时镜头起雾的情景可见图2，右图是在外科能量器械切割组织时透过腹腔镜镜头看到的直观感受，可以看出在使用外科能量器械的同时白色高温雾气笼罩了整个镜头并在镜头上形成雾气，与左图中未起雾时的高清图像比较，白色的雾气显然影响了医生的视野。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH776.1

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本文编号：2709746