白内障超声乳化手柄的研究

发布时间：2017-09-16 07:31

  本文关键词：白内障超声乳化手柄的研究

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【摘要】：白内障超声乳化手术以其切口小、愈合快、散光小、术后视力恢复快、手术损伤小等优点已成为治疗白内障的重要手术方式。超声乳化仪是白内障超声乳化手术重要的辅助仪器,其主要包括超声波发生器和超声乳化手柄两部分。超声乳化手柄是超声乳化仪的核心部件,其性能的好坏直接影响到手术的效果。超声乳化手柄主要包括超声换能器和超声变幅杆两部分,在实际工作时,还会在前端安装乳化针头。超声换能器的功能是将电能转换为机械振动,但其辐射端面的振幅只有几个微米。而白内障摘除手术时,辐射端面的振幅一般需要几十到一百多微米,因此必须在换能器的端面连接超声变幅杆,将振幅放大。从超声换能器功率重量比的角度要求,总是希望能以较小的重量产生较大的输出能量。所以课题的目的是,寻求一种既能满足手术需要,又能获得小体积和轻质量的超声乳化手柄。故课题提出了1/4波长超声换能器加1/4波长超声变幅杆的手柄结构,减小手柄的体积和质量。 论文首先根据变截面细杆和压电陶瓷片机电等效电路推导出1/4波长夹心式超声换能器的机电等效电路,再运用等效电路法对28kHz和40kHz两种频率的超声换能器结构尺寸进行设计。然后,利用解析法对两种频率的1/4波长阶梯形变幅杆进行设计,并确定其最佳圆弧过渡段。最后,在有限元分析软件ANSYS11.0中,对两种频率的手柄进行模态分析和加上负载针头的手柄进行优化。对优化后的手柄进行谐响应分析和导纳特性的研究,表明40kHz手柄与28kHz手柄相比虽然压电转换系数低、振幅放大系数小,但体积小、机械品质因素高、机械损耗小、频带窄、最大应力小、加速度大。两种手柄分别与针头组成的整个振动系统振幅放大系数相当,且针头末端振幅均在100μm以上,均能满足白内障手术的需要。故40kHz手柄更符合设计要求。
【关键词】：超声乳化仪 超声乳化手柄 超声换能器 超声变幅杆 有限元分析软件ANSYS11.0
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R779.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 课题研究背景9-13
• 1.2.1 白内障手术的发展9-12
• 1.2.2 超声换能器的研究现状及发展12
• 1.2.3 超声变幅杆的研究现状及发展12-13
• 1.3 课题研究目的和意义13-14
• 1.4 课题研究的主要内容及文章结构安排14-15
• 第二章 超声换能器设计15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 压电换能材料15-19
• 2.2.1 压电换能材料的几个重要参数16-18
• 2.2.2 压电陶瓷材料的选择18-19
• 2.3 1/4波长夹心式压电换能器的设计19-25
• 2.3.1 1/4波长夹心式换能器的结构与优点19-20
• 2.3.2 1/4波长夹心式压电换能器的机电等效电路法设计20-25
• 2.3.2.1 1/4波长夹心式压电换能器机电等效电路20-24
• 2.3.2.2 1/4波长夹心式压电换能器理论计算24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 超声变幅杆的设计26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 超声变幅杆的性能参数26-27
• 3.3 超声变幅杆的分类及选用27-28
• 3.4 超声变幅杆的设计方法28-30
• 3.5 1/4波长超声变幅杆的设计30-33
• 3.5.1 超声变幅杆材料选择30
• 3.5.2 1/4波长阶梯形超声变幅杆的解析计算30-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 超声乳化手柄有限元仿真与优化分析34-57
• 4.1 引言34
• 4.2 有限元方法简介34-37
• 4.2.1 有限元法基本思想34-35
• 4.2.2 有限元分析软件35-36
• 4.2.3 ANSYS分析的基本过程36-37
• 4.3 压电有限元耦合动力学分析理论基础37-39
• 4.3.1 模态分析37-38
• 4.3.2 谐响应分析38
• 4.3.3 压电耦合分析38-39
• 4.4 超声乳化手柄的ANSYS仿真与优化39-55
• 4.4.1 ANSYS模态分析简介39-40
• 4.4.1.1 ANSYS模态分析的步骤39-40
• 4.4.1.2 模态提取方法的选择40
• 4.4.2 超声乳化手柄的模态分析40-44
• 4.4.2.1 超声乳化手柄有限元建模40-42
• 4.4.2.2 超声乳化手柄模态求解42-44
• 4.4.3 超声乳化手柄的结构优化44-46
• 4.4.3.1 ANSYS有限元优化设计模块44-45
• 4.4.3.2 超声乳化手柄尺寸优化45-46
• 4.4.4 超声乳化手柄谐响应分析46-49
• 4.4.5 超声乳化手柄谐振频率附近导纳特性分析49-55
• 4.4.5.1 超声乳化手柄谐振频率附近等效电路图49-51
• 4.4.5.2 超声乳化手柄重要参数51-53
• 4.4.5.3 ANSYS中超声乳化手柄导纳参数提取及结果分析53-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57
• 5.2 展望57-59
• 参考文献59-63
• 研究生期间发表的论文情况63-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：861705