磁控诊疗胶囊在消化道中的驱动特性研究

发布时间：2021-11-15 12:35

　　无线胶囊内窥镜（简称胶囊内镜）是一种具有诊断功能的新型医疗消化道检查技术。受检者通过吞服胶囊的方式摄入可控微型胶囊,检查者即可对受检对象的消化道进行诊断及治疗。胶囊内镜避免了传统管式内窥镜存在的交叉感染、二次创伤等隐患,降低了检查过程中的痛感,同时拓宽了诊察视野和检测广度。磁驱动胶囊内镜在临床医学领域具有良好的发展和应用前景。但目前存在检测周期长,续航时间短,检测部位受限,病灶定点诊察困难以及精准定位难等亟待解决的问题。本文以外部磁源驱动控制的微型胶囊内窥镜为研究对象,在人体粘弹性组织及黏性液体存在的消化道环境中,对胶囊的外形优化、磁驱动力的特性、驱动磁源及其磁场特性进行了一系列相关研究,主要内容包括:基于食道组织的吞咽过程及其粘弹性本构模型,建立了胶囊内镜在人体食道内运动的摩擦阻力模型。对胶囊在食道中运动状态下,胶囊的几何和运动参数与食道壁受力和胶囊受力的关系进行了探究。并以胶囊结构参数和运动参数作为变量,设计了₉L3³正交模拟实验组,进行了胶囊在粘弹性食道模型中的有限元瞬态仿真模拟。同时提出了损伤应力?₀作为评定胶囊... 

【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

气动式胶囊机

凸こ萄蟹⒅行模┦笛槭业腄ario等人采用气动控制方式开发了肠道内窥镜机器人[48]。气动式机器人结构及原理如图1-5所示。其结构包括两端通过真空吸附的钳位装置和中段外部气动伸缩的装置。当胶囊行进时，单元1密封钳位(a)；单元3解除固定(b)；单元2升压进气使管道伸长推动单元3至(c)；此时单元3钳位，单元1接触钳位(d)；气动单元2降压排气，单元1解除钳位至(e)；到此完成了一个前进步的周期动作[49]。Dario等在离体及活体猪肠道内进行了一系列的驱动性能测试，（a）第一代样机（b）长时间定位用夹持机构（c）第二代样机图1-2Dario小组的SMA腿式牵引机器人

第一章绪论5但由于存在气动管道，胶囊进入肠道活动范围限制在1米内[50]。为了实现无缆驱动2008年，Dario的研究小组推出新一代样机腿式牵引胶囊机器人研究[51-53]。如图1-3所示，但这种方式仍存在刮伤隐患。他们还研制了有腿式和无腿式两种蚯蚓机器人。主要采用形状记忆合金驱动，工作电流超过350mA。其相应研制的夹持机构用以实现长时间定位[54][55]。C.A.Mosse等人提出了一种电激励驱动机器人[56]。在胶囊表面携带电极，通过对肠道内表面施加幅值20V持续10ms周期为20Hz的电压脉冲幅值，利用肠道的生物学特性，来刺激肠道伸缩实现胶囊前进的目的，这种方式对患者肠道存在损伤隐患。韩国，Byungkyu研制了一种电池供能的SMA驱动的无线蠕动机器人，但其续航能力有待提升[57]。MarcoQuirini等人提出了一种腿式机器人。如图1-4所示，其内部结构包括除检测功能所必要的驱动电机，LED照明模块，CMOS成像模块以外，还有和多组齿轮气囊等机械结构。4组弹性腿通过其尾端与1个蜗轮和4个斜齿轮装配，4条腿沿周向均匀分布。因其通过电机与单涡轮驱动，各腿部互不独立，该结构可实现单自由度的弹性收缩。弹性腿部考虑到了肠道运动的安全性，并设计了增摩结构以实现有效的肠壁黏附，并对制作出的样机进行了耐久疲劳测试。如图1-5所示，机器人尺寸为12.0mm×40mm。在离体猪小肠内运动速度可达40mm/min[58]。图1-3多足式机器人样机图图1-4多足机器人结构示意图2006年，日本Olympus公司设计了用无线供能的旋进式胶囊内镜导航平台系统。采用了固定磁源的旋转磁场发生装置，该装置通过控制空间中3组的方形电磁感应线圈组产生可控的空间旋转磁常通过旋转磁场驱动控制胶囊旋进运动。这种控制方式摆脱了有线控制和驱动能源的束缚，为磁驱动胶囊的驱动方式


本文编号：3496789