基于MEMS技术的单光纤内窥镜扫描探头研究

发布时间：2022-10-17 17:12

　　随着医疗信息技术的快速发展,医用内窥镜作为一种收集、分析信息和辅助治疗的关键医疗器械越来越受到重视,最早的医用内窥镜为硬质金属管式,在进入人体内的狭窄通道时常常给患者带来较大的创伤和痛苦,伴随着医学水平和现代电子工业技术的不断进步,逐渐出现了基于图像传感器的电子式内窥镜,以及基于光纤传导的柔性软管式内窥镜,从而大大地降低了患者的痛楚和内窥镜对人体腔道的损伤,也为整体上的微创/无创医疗技术的发展起到了很好的推动作用。然而,传统的内窥镜探头由于其整体直径较大、扫描视野范围较窄等限制无法满足对于在人体内较细特殊腔道进行高分辨率检查的需求,因此需要研究一种超细微型大扫描角的内窥镜来满足需求。本文基于柔性衬底的MEMS微细加工技术,提出了一种基于双自由度系统高阶共振模态实现大扫描角的微型医用单光纤内窥镜创新设计。设计的内窥镜主要由两部分组成:包覆有柔性驱动线圈的圆管;由光纤-磁体-重物组成的可实现高阶共振的振动组件。本文对设计的内窥镜扫描探头进行了理论分析和有限元仿真求解,首先,仿真分析了驱动线圈的关键参数,如线圈匝数、直线长度等对磁场的影响;其次,推导出光纤振动组件的固有频率以及小磁体与重物的... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 医用内窥镜研究进展
        1.1.1 基于光纤束的医用内窥镜
        1.1.2 基于图像传感器的医用内窥镜
        1.1.3 基于微镜的医用内窥镜
        1.1.4 内窥镜光学成像方式
    1.2 单光纤医用内窥镜研究现状
        1.2.1 基于压电驱动的单光纤医用内窥镜
        1.2.2 利用微型电机驱动的单光纤医用内窥镜
        1.2.3 基于电磁驱动的单光纤医用内窥镜
        1.2.4 单光纤内窥镜的扫描方式
        1.2.5 单光纤内窥镜的传输与校准
    1.3 本论文研究意义及主要内容
        1.3.1 本课题研究的意义
        1.3.2 本课题研究的主要内容
第二章 基于柔性线圈的电磁驱动单光纤内窥镜设计与优化
    2.1 单光纤内窥镜的设计
        2.1.1 光纤振动部分
        2.1.2 驱动线圈部分
    2.2 内窥镜驱动线圈电磁特性分析
        2.2.1 小磁体磁化理论分析
        2.2.2 驱动线圈的有限元仿真
    2.3 基于双自由度高阶共振的内窥镜力学特性分析
        2.3.1 双自由度振动系统理论分析
        2.3.2 单光纤高阶共振的仿真分析
    2.4 本章小结
第三章 单光纤内窥镜的微加工制作
    3.1 驱动微线圈的制作工艺研究进展
    3.2 柔性基底材料的选择
    3.3 柔性线圈MEMS微加工基本单元工艺
    3.4 微型驱动线圈的结合力问题与封装保护
    3.5 基于柔性基底嵌入的微型驱动线圈加工工艺
    3.6 单光纤内窥镜的整体组装
    3.7 本章小结
第四章 单光纤内窥镜的性能测试
    4.1 内窥镜的测试系统
    4.2 内窥镜的高阶共振测试
        4.2.1 内窥镜的一维扫描测试
        4.2.2 内窥镜的二维面内扫描测试
    4.3 内窥镜柔性驱动线圈的发热测试
    4.4 本章小结
第五章 总结和展望
    5.1 研究总结
    5.2 主要创新点
    5.3 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表(或录用)的学术论文
攻读学位期间申请的专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]PDMS软模板制备与叶片曲表面软光刻工艺[J]. 高均超,段力,王英,刘民,王凤丹,丁桂甫,王强,郑芳芳,邵靖.  微纳电子技术. 2016(05)
[2]柔性有机电致发光器件导电基板的工艺性能[J]. 王娜娜,于军胜,林慧,黄春华,蒋亚东.  发光学报. 2008(06)
[3]聚酰亚胺发展动向[J]. 邹盛欧.  化工新型材料. 1999(03)
[4]聚酰亚胺——90年代的热门材料[J]. 肖建民.  世界研究与发展. 1994(01)

博士论文
[1]石墨烯基智能材料的制备及应用研究[D]. 黄璐.南开大学 2013

硕士论文
[1]曲面激光直写光刻技术研究[D]. 闫玮.浙江大学 2006



本文编号：3692460