超声切割止血刀震子的理论分析设计及实验

发布时间：2017-05-25 17:21

  本文关键词：超声切割止血刀震子的理论分析设计及实验，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声切割止血刀是外科手术器械里面最先进的切割止血设备,现仅有美国Ethicon公司的Harmonic Scalpel为市场成熟产品,因此研制高水平的超声切割止血刀,打破国外垄断,可为患者带来高性价比医疗和为公司带来可观的收入。在超声切割止血刀系统中,超声震子起着将超声发生器的电能转化为振动机械能,并把振幅放大到一定幅值,来驱动超声刀头的关键作用。震子的设计及优化,直接决定这超声切割止血刀系统的应用效果。本课题深入研究了超声切割止血刀震子中的换能器和变幅杆的设计理论,并根据理论进行了尺寸设计及仿真,最后对设计的震子进行试验分析。本文主要从以下几个方面的内容进行了研究和探讨:综述了超声手术刀的在外科学的应用、地位及发展史。针对超声切割止血刀的特点及医疗器械现有的法律法规给出了总体概述性设计。对压电陶瓷超声换能器和变幅杆进行了理论研究分析。推导了超声换能器压电晶压电方程、电路状态方程、振动方程、机电等效电路。最后根据节面边界条件推得夹心式换能器的及谐振频率方程。推导了变幅杆的波动方程,并根据边界条件推导了阶梯型变幅杆的波动方程,阐明了针对超声切割止血刀震子所特有的换能器和变幅杆的设计理论。根据理论分析对超声震子设计,推算出超声震子的结构尺寸,并对推算出的结构Solid Works建模及对谐振频率进行Solid Works simulation仿真,验证推算出的结构正确性。对超声震子设计实验,验证设计出的震子相关参数符合理论预期,模拟超声震子发生温度变化及发生负载变化,研究变化因数与震子特性产数产间的关系。为进一步优化产品提供依据。
【关键词】：超声切割止血刀 震子 换能器 变幅杆
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789;R608
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 切割止血手术设备发展简介11-12
• 1.3 超声治疗的主要机理12-13
• 1.4 超声手术刀的基本结构13-14
• 1.5 超声手术刀的应用及发展史14-17
• 1.6 超声震子研究发展史17
• 1.7 本课题主要研究工作概述17-19
• 第二章 超声切割止血工作原理及系统设计概述19-26
• 2.1 超声切割止血刀基本工作原理19-20
• 2.2 设计要求和主要技术指标的确立20-21
• 2.2.1 设计要求和主要技术指标20-21
• 2.3 超声切割止血刀设计概述21-25
• 2.3.1 主机电路系统21-23
• 2.3.2 主机控制程序23-24
• 2.3.3 超声治疗手柄24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 超声切割止血刀震子的理论分析26-50
• 3.1 超声震子工作原理26
• 3.2 超声换能器概论26-29
• 3.2.1 磁致伸缩换能器26-27
• 3.2.2 电致伸缩式换能器27-28
• 3.2.3 换能器的主要性能指标28-29
• 3.3 超声换能器的设计概论29-31
• 3.4 夹心式超声压电换能器的理论分析31-44
• 3.4.1 边界面细棒的一维纵振动方程即其解32-34
• 3.4.2 接电负载压电细棒纵振动分析34-35
• 3.4.3 压电方程的选择35
• 3.4.4 电路状态方程35-36
• 3.4.5 机械的振动方程36-37
• 3.4.6 机电等效电路37-40
• 3.4.7 夹心式压电陶瓷复合换能器的机电等效电路及特性分析40-41
• 3.4.8 频率方程41-44
• 3.5 加负载换能器设计44-45
• 3.6 超声变幅杆的理论分析45-48
• 3.6.1 纵向振动的波动方程46-47
• 3.6.2 阶梯形变幅杆理论设计47-48
• 3.7 本章小结48-50
• 第四章 超声切割止血刀震子的设计50-64
• 4.1 压电换能器的结构50-57
• 4.1.1 压电陶瓷的设计50-52
• 4.1.2 前盖板长度和直径的计算52-53
• 4.1.3 后盖板长度和直径的计算以及前后盖板材料的选择53
• 4.1.4 换能器性能参数的计算53-57
• 4.2 变幅杆的设计57-60
• 4.2.1 变幅杆放大系数的计算，材料和变幅杆类型的选择57-58
• 4.2.2 阶梯型变幅杆小端面直径的计算58
• 4.2.3 变幅杆大截面和小截面长度的计算58
• 4.2.4 变幅杆变截面处圆角半径的计算58-59
• 4.2.5 法兰盘设计59-60
• 4.3 工具头的设计60-61
• 4.3.1 工具头类型、材料的选择和横截面直径的确定60
• 4.3.2 工具头前后两部分长度的计算60-61
• 4.4 超声切割止血刀震子谐振频率仿真验证61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 超声切割止血刀震子的实验分析64-75
• 5.1 震子温度特性分析64-72
• 5.1.1 震子温度特性介绍64
• 5.1.2 温度实验设计64-65
• 5.1.3 实验结果分析65-72
• 5.2 负载特征的分析72-74
• 5.2.1 负载液位不同对震子谐振频率的影响72-73
• 5.2.2 实验结果分析73-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76
• 6.3 本章小结76-77
• 参考文献77-80
• 作者在读期间科研成果简介80-81
• 致谢81-82

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