微型肠道机器人诊查系统及其无线能量传输技术
发布时间：2021-02-07 06:45
微型肠道机器人诊查系统能克服胶囊内窥镜的缺点和不足,是传统内窥镜最具前景的替代方案。因而,研制稳定可靠的肠道机器人诊查系统成为当前生物医学工程领域的热点。本文依托上海市科委项目（NO.1441902800,NO.15441903100）和国家自然科学基金项目（NO.61673271,NO.81601631）,对微型肠道机器人诊查系统及其无线能量传输技术进行系统深入地研究,以探索肠道疾病诊疗的新途径。基于人体肠道具体的生理环境以及其非线性的生物力学特性,本文采用仿尺蠖式驱动方式,设计实现尺蠖式肠道机器人,其配备首尾钳位机构和中间伸缩机构,钳位机构需在肠道内有效钳位,为此分别设计了可大变径的径向钳位机构和结构紧凑的伸缩机构。钳位机构为旋转打开式径向运动机构,共包含三组腿式钳位单元,其厚度为5.8mm,直径可由初始时的14mm最大扩张至32mm,最大变径比达2.29,当钳位机构扩张肠道时,其扩张力为0.9N2.55N;轴向伸缩机构采用丝杠螺母机构,有效行程为10.5mm,在设计伸缩机构的过程中充分提高空间利用率,预留空间用以安置空心薄壁式能量接收线圈,轴向伸缩机构可产生...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 胃肠道诊疗系统研究现状
1.2.1 传统内窥镜
1.2.2 胶囊内窥镜
1.2.3 微型肠道机器人
1.3 无线能量传输技术研究进展
1.4 肠道机器人诊查系统关键技术
1.4.1 主动驱动技术
1.4.2 供能技术
1.4.3 控制通讯技术
1.4.4 诊疗技术
1.5 研究内容及创新点
第二章 机器人运动系统及其力学特性
2.1 肠道机器人运动系统研究
2.1.1 人体肠道生理特征
2.1.2 肠道机器人运动原理和机构总体研究
2.1.3 尺蠖式肠道机器人钳位机构研究
2.1.4 尺蠖式肠道机器人伸缩机构研究
2.2 尺蠖式机器人肠道内力学特性
2.2.1 钳位机构肠道内力学特性
2.2.2 机器人机身肠道内力学特性
2.2.3 机器人肠道内力学特性实验研究
2.3 本章小结
第三章 无线能量传输技术研究
3.1 肠道机器人无线供能模块
3.1.1 感应式无线能量传输原理
3.1.2 无线供能模块设计要求
3.1.3 无线供能模块构成与研制
3.2 无线能量发射线圈建模优化
3.2.1 感应式无线供能系统等效电路模型
3.2.2 单层密绕发射线圈建模优化
3.2.3 发射线圈绕制方式的优化
3.2.4 发射线圈规范化设计
3.3 三线圈无线供能系统研究
3.3.1 肠道机器人系统
3.3.2 无线供能系统理论分析
3.3.3 仿真设计优化
3.3.4 实验验证
3.4 本章小结
第四章 肠道机器人诊查系统及样机实验
4.1 视频图像模块
4.1.1 视频采集子模块
4.1.2 视频控制子模块
4.1.3 视频无线传输子模块
4.1.4 视频无线接收子模块
4.2 肠道机器人控制通讯模块
4.2.1 通讯模块
4.2.2 机器人体内控制模块
4.3 肠道机器人样机及力学特性测试
4.3.1 肠道机器人样机
4.3.2 钳位机构测试
4.3.3 伸缩机构测试
4.4 样机运动性能测试
4.4.1 柔性管道
4.4.2 刚性弯曲管道
4.4.3 离体肠道
4.5 无线供能模块测试
4.5.1 无线供能模块接收端调试
4.5.2 无线供能下离体肠道测试
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
攻读博士学位期间已申请的专利
攻读博士学位期间所获荣誉与奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]染色内镜在结直肠早期肿瘤性病变筛查中的应用[J]. 高先春,刘俊,任宏宇. 临床消化病杂志. 2016(01)
[2]多楔形效应胶囊机器人花瓣廓形优化[J]. 张永顺,王履华,程存欣,迟明路,白建卫. 机械工程学报. 2015(07)
[3]消化道内窥镜的发展及趋势[J]. 王晓民,李远洋,王新沛,刘梅,刘斌,刘智. 医疗卫生装备. 2013(01)
[4]上海市消化系统常见恶性肿瘤发病现况和时间趋势分析[J]. 吴春晓,鲍萍萍,黄哲宙,王春芳,顾凯,向詠梅,彭鹏,龚杨明,郑莹. 胃肠病学. 2012(09)
[5]An approach to the capsule endoscopic robot with active drive motion[J]. Da-qiang GU,Yong ZHOU (Department of Mechanical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China). Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2011(03)
[6]Fields of applications,diagnostic yields and findings of OMOM capsule endoscopy in 2400 Chinese patients[J]. Zhuan Liao,Rui Gao,Feng Li,Can Xu,Zhao-Shen Li,Capsule Endoscopy Study Group,Department of Gastroenterology,Changhai Hospital,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China Yi Zhou,Jin-Shan Wang,Jianshan Science and Technology(Group) Co.,Ltd.,Chongqing 401120,China. World Journal of Gastroenterology. 2010(21)
[7]The future of wireless capsule endoscopy[J]. Paul Swain. World Journal of Gastroenterology. 2008(26)
[8]粘弹性材料本构模型的研究[J]. 路纯红,白鸿柏. 高分子材料科学与工程. 2007(06)
[9]观片灯的亮度与照度的关系[J]. 郑世才. 无损检测. 2005(11)
[10]在体鼠小肠应力-应变实验研究[J]. 樊艳华,窦艳玲,Hans Gregersen. 医用生物力学. 2002(03)
本文编号：3021845
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 胃肠道诊疗系统研究现状
1.2.1 传统内窥镜
1.2.2 胶囊内窥镜
1.2.3 微型肠道机器人
1.3 无线能量传输技术研究进展
1.4 肠道机器人诊查系统关键技术
1.4.1 主动驱动技术
1.4.2 供能技术
1.4.3 控制通讯技术
1.4.4 诊疗技术
1.5 研究内容及创新点
第二章 机器人运动系统及其力学特性
2.1 肠道机器人运动系统研究
2.1.1 人体肠道生理特征
2.1.2 肠道机器人运动原理和机构总体研究
2.1.3 尺蠖式肠道机器人钳位机构研究
2.1.4 尺蠖式肠道机器人伸缩机构研究
2.2 尺蠖式机器人肠道内力学特性
2.2.1 钳位机构肠道内力学特性
2.2.2 机器人机身肠道内力学特性
2.2.3 机器人肠道内力学特性实验研究
2.3 本章小结
第三章 无线能量传输技术研究
3.1 肠道机器人无线供能模块
3.1.1 感应式无线能量传输原理
3.1.2 无线供能模块设计要求
3.1.3 无线供能模块构成与研制
3.2 无线能量发射线圈建模优化
3.2.1 感应式无线供能系统等效电路模型
3.2.2 单层密绕发射线圈建模优化
3.2.3 发射线圈绕制方式的优化
3.2.4 发射线圈规范化设计
3.3 三线圈无线供能系统研究
3.3.1 肠道机器人系统
3.3.2 无线供能系统理论分析
3.3.3 仿真设计优化
3.3.4 实验验证
3.4 本章小结
第四章 肠道机器人诊查系统及样机实验
4.1 视频图像模块
4.1.1 视频采集子模块
4.1.2 视频控制子模块
4.1.3 视频无线传输子模块
4.1.4 视频无线接收子模块
4.2 肠道机器人控制通讯模块
4.2.1 通讯模块
4.2.2 机器人体内控制模块
4.3 肠道机器人样机及力学特性测试
4.3.1 肠道机器人样机
4.3.2 钳位机构测试
4.3.3 伸缩机构测试
4.4 样机运动性能测试
4.4.1 柔性管道
4.4.2 刚性弯曲管道
4.4.3 离体肠道
4.5 无线供能模块测试
4.5.1 无线供能模块接收端调试
4.5.2 无线供能下离体肠道测试
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
攻读博士学位期间已申请的专利
攻读博士学位期间所获荣誉与奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]染色内镜在结直肠早期肿瘤性病变筛查中的应用[J]. 高先春,刘俊,任宏宇. 临床消化病杂志. 2016(01)
[2]多楔形效应胶囊机器人花瓣廓形优化[J]. 张永顺,王履华,程存欣,迟明路,白建卫. 机械工程学报. 2015(07)
[3]消化道内窥镜的发展及趋势[J]. 王晓民,李远洋,王新沛,刘梅,刘斌,刘智. 医疗卫生装备. 2013(01)
[4]上海市消化系统常见恶性肿瘤发病现况和时间趋势分析[J]. 吴春晓,鲍萍萍,黄哲宙,王春芳,顾凯,向詠梅,彭鹏,龚杨明,郑莹. 胃肠病学. 2012(09)
[5]An approach to the capsule endoscopic robot with active drive motion[J]. Da-qiang GU,Yong ZHOU (Department of Mechanical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China). Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2011(03)
[6]Fields of applications,diagnostic yields and findings of OMOM capsule endoscopy in 2400 Chinese patients[J]. Zhuan Liao,Rui Gao,Feng Li,Can Xu,Zhao-Shen Li,Capsule Endoscopy Study Group,Department of Gastroenterology,Changhai Hospital,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China Yi Zhou,Jin-Shan Wang,Jianshan Science and Technology(Group) Co.,Ltd.,Chongqing 401120,China. World Journal of Gastroenterology. 2010(21)
[7]The future of wireless capsule endoscopy[J]. Paul Swain. World Journal of Gastroenterology. 2008(26)
[8]粘弹性材料本构模型的研究[J]. 路纯红,白鸿柏. 高分子材料科学与工程. 2007(06)
[9]观片灯的亮度与照度的关系[J]. 郑世才. 无损检测. 2005(11)
[10]在体鼠小肠应力-应变实验研究[J]. 樊艳华,窦艳玲,Hans Gregersen. 医用生物力学. 2002(03)
本文编号：3021845
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