生物组织高频焊接缝合装置研究与开发
发布时间：2022-02-21 15:48
经研究表明传统电外科手术需要手术人员全程手动控制,稍有不慎便会引起手术事故,如果能够通过测量患者手术部位状态从而来自动控制电外科手术设备的输出,这势必可以大大减少临床医者的负担及手术事故发生的风险。但是对应用于生物组织上的高频焊接是一个新的课题。生物组织焊接的原理是通过热能的作用来促使蛋白质分子凝变。手术缝合时采用双极焊钳,具有高频电流损坏细胞膜,使其分解出凝结液体,然后组织伤口在压合下完成―焊接‖过程。针对焊接设备对高频高压电需求的特性,本文设计了生物组织焊接所需的300W硬件电源电路,功率放大电路,受体探测及中枢控制电路,并基于MCU对功率控制系统进行了相关的软件设计。最后,通过系统调试,解决了一系列软硬件上的问题,实现了生物组织焊接实验装置的功能。本课题重点针生物组织焊接设备开发的研究,围绕实现生物组织焊接功能这一核心问题,经相关医学方案上的论证,实现配套仪器软件、硬件开发上的研究,开发了一套生物组织焊接平台,为后续应用于临床手术奠定基础。具体研究内容:（1）高频焊接装置要想实现应用于生物组织焊接的功率精确控制,需要输出高频信号的功率是连续可调的,通过控制高频焊接装置的功率来控制...
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文目标
1.4 论文来源
1.5 工作内容和章节安排
1.6 本章小结
2 生物组织焊接装置总体方案设计
2.1 引言
2.2 生物组织焊接机理分析
2.2.1 高频能量对生物的影响
2.3 系统需求分析
2.4 硬件架构设计
2.5 软件流程设计
2.6 本章小结
3 生物组织焊接装置硬件系统开发
3.1 功率波形需求
3.2 基于Modbus协议的可编程供电电源实现
3.2.1 Modbus通讯协议
3.2.2 HSPY程控稳压直流电源的Modbus通讯规约
3.3 数控高压电路的驱动电路开发
3.3.1 基于SG3525芯片的控制电路
3.3.2 基于IR2110芯片的驱动电路开发
3.4 功率放大电路开发
3.5 信号采集电路开发
3.6 本章小结
4 高频焊接智能控制软件系统开发
4.1 程序控制流程
4.2 基于STM32主控程序开发
4.2.1 STM32F103ZET6芯片概述
4.2.2 嵌入式核心控制板功能模块开发
4.3 基于负载特性的高频焊接模糊PID控制系统研究
4.3.1 生物组织高频焊接控制概述
4.3.2 常规SISO闭环控制系统的结构及其特点
4.3.3 模糊PID控制策略
4.3.4 模糊控制的基本原理
4.3.5 模糊控制器设计
4.3.6 基于模糊PID的功率控制程序实现
4.3.7 模糊PID控制系统仿真
4.4 本章小结
5 生物组织缝合高频焊接装置的调试与结果分析
5.1 生物组织缝合高频焊接装置的调试
5.2 调试结果分析
5.2.1 频率对组织焊接的影响
5.2.2 极电压对焊接效果影响
5.2.3 控制策略对焊接过程控制分析
5.2.4 影响实验结果的其他因素分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
A. 攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MSP430单片机的Mod-bus通讯模块的设计[J]. 王俊杰,徐建文. 工业设计. 2016(01)
[2]基于STM32的煤矿顶板离层检测仪设计[J]. 江淮,张全柱,李学哲. 华北科技学院学报. 2015(05)
[3]SPWM逆变器稳定性研究及其硬件实现[J]. 游昊,艾钊. 电脑知识与技术. 2014(27)
[4]浅谈Modbus协议在电力系统监控中的应用[J]. 贾泽莘,李玉贵,欧莲惠. 视听. 2013(04)
[5]手术中高频电刀的意外伤害及防范措施[J]. 曾友. 中国保健营养. 2012(20)
[6]中国-乌克兰巴顿焊接研究院平台——国际科技合作新模式研究[J]. 王昕昕,杨永强,张宇鹏. 广东科技. 2012(13)
[7]一种高频手术器功率发生器设计[J]. 项莹莹,孔令成,储健华,张志华. 仪表技术. 2012(03)
[8]基于SG3525的开关电源设计[J]. 王晓锋,王京梅,孙俊,李莉. 电子科技. 2011(06)
[9]基于模糊自适应PID算法的PDC刀具高频感应钎焊温度控制[J]. 焦素敏,王改民,陈珣. 金刚石与磨料磨具工程. 2011(02)
[10]国内ERW焊管发展现状及其质量控制[J]. 介升旗,刘永平. 焊管. 2006(06)
博士论文
[1]灰色模糊PID算法在煤泥水絮凝沉降过程控制中的应用研究[D]. 杨津灵.太原理工大学 2012
硕士论文
[1]网络化多通道数字示波器集中控制系统的设计与实现[D]. 张迅捷.重庆大学 2016
[2]预热及加热温度对三种高频电阻焊管焊缝组织和性能影响的研究[D]. 李颖.燕山大学 2015
[3]变负载控制系统PID自整定策略研究及应用[D]. 郭伟腾.大连理工大学 2015
[4]基于STM32的指纹识别系统的研究[D]. 刘滨.燕山大学 2014
[5]电外科射频能量发生器控制系统的研制[D]. 严博文.重庆大学 2014
[6]应用高频电刀手术治疗单纯性肛瘘的临床研究[D]. 黄建.成都中医药大学 2014
[7]高频射流实验装置控制方法与系统[D]. 唐昆鹏.重庆理工大学 2014
[8]生物组织双极电凝电源研制及其实验研究[D]. 黄振华.哈尔滨工业大学 2013
[9]基于STM32和FPGA的多通道多功能数据采集器[D]. 王冰.西南交通大学 2012
[10]电阻炉PID控制方法的比较与分析[D]. 刘鹏.大连理工大学 2011
本文编号：3637573
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文目标
1.4 论文来源
1.5 工作内容和章节安排
1.6 本章小结
2 生物组织焊接装置总体方案设计
2.1 引言
2.2 生物组织焊接机理分析
2.2.1 高频能量对生物的影响
2.3 系统需求分析
2.4 硬件架构设计
2.5 软件流程设计
2.6 本章小结
3 生物组织焊接装置硬件系统开发
3.1 功率波形需求
3.2 基于Modbus协议的可编程供电电源实现
3.2.1 Modbus通讯协议
3.2.2 HSPY程控稳压直流电源的Modbus通讯规约
3.3 数控高压电路的驱动电路开发
3.3.1 基于SG3525芯片的控制电路
3.3.2 基于IR2110芯片的驱动电路开发
3.4 功率放大电路开发
3.5 信号采集电路开发
3.6 本章小结
4 高频焊接智能控制软件系统开发
4.1 程序控制流程
4.2 基于STM32主控程序开发
4.2.1 STM32F103ZET6芯片概述
4.2.2 嵌入式核心控制板功能模块开发
4.3 基于负载特性的高频焊接模糊PID控制系统研究
4.3.1 生物组织高频焊接控制概述
4.3.2 常规SISO闭环控制系统的结构及其特点
4.3.3 模糊PID控制策略
4.3.4 模糊控制的基本原理
4.3.5 模糊控制器设计
4.3.6 基于模糊PID的功率控制程序实现
4.3.7 模糊PID控制系统仿真
4.4 本章小结
5 生物组织缝合高频焊接装置的调试与结果分析
5.1 生物组织缝合高频焊接装置的调试
5.2 调试结果分析
5.2.1 频率对组织焊接的影响
5.2.2 极电压对焊接效果影响
5.2.3 控制策略对焊接过程控制分析
5.2.4 影响实验结果的其他因素分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
A. 攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MSP430单片机的Mod-bus通讯模块的设计[J]. 王俊杰,徐建文. 工业设计. 2016(01)
[2]基于STM32的煤矿顶板离层检测仪设计[J]. 江淮,张全柱,李学哲. 华北科技学院学报. 2015(05)
[3]SPWM逆变器稳定性研究及其硬件实现[J]. 游昊,艾钊. 电脑知识与技术. 2014(27)
[4]浅谈Modbus协议在电力系统监控中的应用[J]. 贾泽莘,李玉贵,欧莲惠. 视听. 2013(04)
[5]手术中高频电刀的意外伤害及防范措施[J]. 曾友. 中国保健营养. 2012(20)
[6]中国-乌克兰巴顿焊接研究院平台——国际科技合作新模式研究[J]. 王昕昕,杨永强,张宇鹏. 广东科技. 2012(13)
[7]一种高频手术器功率发生器设计[J]. 项莹莹,孔令成,储健华,张志华. 仪表技术. 2012(03)
[8]基于SG3525的开关电源设计[J]. 王晓锋,王京梅,孙俊,李莉. 电子科技. 2011(06)
[9]基于模糊自适应PID算法的PDC刀具高频感应钎焊温度控制[J]. 焦素敏,王改民,陈珣. 金刚石与磨料磨具工程. 2011(02)
[10]国内ERW焊管发展现状及其质量控制[J]. 介升旗,刘永平. 焊管. 2006(06)
博士论文
[1]灰色模糊PID算法在煤泥水絮凝沉降过程控制中的应用研究[D]. 杨津灵.太原理工大学 2012
硕士论文
[1]网络化多通道数字示波器集中控制系统的设计与实现[D]. 张迅捷.重庆大学 2016
[2]预热及加热温度对三种高频电阻焊管焊缝组织和性能影响的研究[D]. 李颖.燕山大学 2015
[3]变负载控制系统PID自整定策略研究及应用[D]. 郭伟腾.大连理工大学 2015
[4]基于STM32的指纹识别系统的研究[D]. 刘滨.燕山大学 2014
[5]电外科射频能量发生器控制系统的研制[D]. 严博文.重庆大学 2014
[6]应用高频电刀手术治疗单纯性肛瘘的临床研究[D]. 黄建.成都中医药大学 2014
[7]高频射流实验装置控制方法与系统[D]. 唐昆鹏.重庆理工大学 2014
[8]生物组织双极电凝电源研制及其实验研究[D]. 黄振华.哈尔滨工业大学 2013
[9]基于STM32和FPGA的多通道多功能数据采集器[D]. 王冰.西南交通大学 2012
[10]电阻炉PID控制方法的比较与分析[D]. 刘鹏.大连理工大学 2011
本文编号：3637573
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