一种新型水刀清创设备的研究

论文摘要

随着现代社会的迅速发展,创伤的发病率逐年增加,创伤医学的地位显得日益重要。研究资料表明,创伤死亡在青壮年中是首位死因。尤其遇到如汶川大地震等紧急突发性事件,会造成巨大的人员伤亡,此时大量伤员都需要进行及时的伤口处理,否则会造成严重的后果。因此,创伤急救水平的提高是当前创伤医学中的一个重要课题。清创术是创伤外科最常用的基本技术之一,它包括切开伤道、扩大伤口、切除失活组织、清除异物、止血、引流及固定等一系列操作,而创面清洗是清创术中的首要任务。日常生活中交通事故伤、坠落伤、烧伤、冲击伤、穿刺伤、慢性溃疡、脓肿腔、各种体外伤等经常发生,其中许多伤口创面大、污染严重,直接威胁伤员的生命。因此,对创面进行及时清创,将异物、细菌彻底清除、冲净,可以减少伤口感染,降低伤残、死亡率,提高救治效果。本文研制了一种新型的水刀清创设备,这种新型的装置能够同时完成清创术和水刀切割手术,并融合无线内窥镜技术做到微创。首先对设备进行结构分析和机械设计,确定主要部件如电动机、变频器、液压泵、蓄能器、融合无线内窥镜技术的喷嘴、高压软管以及各种阀门等性能指标和匹配参数。根据硬件设计,研究了设备的控制系统,主要以变频器闭环控制电机为核心,使喷嘴射出稳定、恒压的水流,并实时显示当前的水射流压力。其次,设计了针型结构的水射流喷嘴,将无线内窥镜技术融合在喷嘴中;为了采集原始图像信号并无线传输图像,研究了SONY3142、CXD2096和ICX405摄像系统,设计了以ADSP-BF561处理器为核心的图像处理模块,以解决手术中由于少量毛细血管的破裂所造成的手术区污染变红现象,和水雾反喷到物镜镜面上,引起局部光照不均匀、视野偏暗的不清晰现象;在医用冷光源设计上,采用无线高亮度LED灯电池照明的设计方案。然后对水刀切割材料机理进行了的初步研究,得出了水射流的初始段用于组织切割,基本段和消散段用于伤口清创的结论;应用瞬态动力学仿真软件MSC.DYTRAN模拟了水射流冲击肝脏组织的过程,以不同速度冲击不同部位厚度的猪肝脏材料,并对其进行了分析,仿真结果表明:总可以找到一个合适的水射流速度准确的切割组织,而且不会对附近的其他组织或器官造成损伤。最后,应用新型水刀清创设备对日本大耳白兔子进行了活体肝脏切割实验,手术效果良好,术后兔子能够很快恢复。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 清创术的研究现状
• 1.2.2 水刀技术
• 1.2.3 医用水刀的研究现状
• 1.3 课题的提出和主要研究内容
• 第2章 水刀清创设备的设计
• 2.1 液压泵的设计
• 2.2 蓄能器的设计
• 2.3 原动机的设计
• 2.4 密封件的设计
• 2.5 高压软管的设计
• 2.6 控制系统的设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 融合内窥镜技术的喷嘴设计
• 3.1 水射流喷嘴的设计
• 3.1.1 喷嘴形式的设计
• 3.1.2 喷嘴主要技术参数
• 3.1.3 喷嘴与高压软管的连接技术
• 3.2 融合内窥镜技术喷嘴
• 3.2.1 硬性内窥镜技术
• 3.2.2 融合内窥镜技术的水刀清创设备喷嘴
• 3.3 本章小结
• 第4章 图像处理系统设计
• 4.1 图像处理算法研究
• 4.1.1 图像红色噪声的滤除
• 4.1.2 图像清晰度的提高
• 4.2 系统硬件设计
• 4.2.1 摄像系统设计
• 4.2.2 ADSP-BF561图像处理系统硬件设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 切割机理的初步探讨
• 5.1 水射流技术理论基础
• 5.1.1 射流特性
• 5.1.2 射流技术参数
• 5.1.3 水锤效应
• 5.2 水射流切割材料机理
• 5.2.1 切割机理
• 5.2.2 纯水射流切割软质材料的数学模型
• 5.2.3 影响水射流切割性能的因素
• 5.3 本章小结
• 第6章 水射流冲击猪肝脏组织过程的仿真研究
• 6.1 MSC.DYTRAN简介
• 6.1.1 MSC.DYTRAN算法特点
• 6.2 水射流冲击猪肝脏的仿真研究
• 6.2.1 水射流冲击猪肝脏模型的建立
• 6.2.2 猪肝脏力学性能参数实验
• 6.2.3 冲击仿真结果
• 6.3 本章小结
• 第7章 动物实验研究
• 7.1 大耳白兔子肝脏切割实验
• 7.1.1 水质分析
• 7.1.2 切割实验
• 7.2 本章小结
• 第8章 全文总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 后续工作建议
• 参考文献
• 文献综述
• 在学期间取得的成果及发表的代表性论著
• 代表性成果
• 代表性论著全文
• 作者简历
• 致谢