微创手术导管侧壁触觉传感器的研究

论文摘要

微创介入手术作为一种革命性的手术方式已经为越来越多的医生和患者所接受。与传统的手术相比,微创手术有着减少手术创伤、缩短病人康复周期等诸多的优点。但是在这些优点以外又存在着一些问题,传统手术中医生直接操作手术器械,器械与人体组织的接触信息可以直接传给医生,而微创手术中医生手术中的触觉信息由于手术器械的关系大多很难得到。因此,在微创手术中,医生由于缺少了触觉信息而使得手术增加了危险,可能因操作不当或过猛损坏了病人的器官。基于上述原因以及现有资料中较少关注于导管侧壁触觉传感器的实际情况,本文主要提出并制作了两种新型的导管侧壁触觉传感器。两种传感器分别是先期作为基础研究的单一位置的触觉传感器与后期设计的触觉传感器阵列。这两种传感器均由PVDF压电薄膜作为敏感材料制作而成。通过这两种传感器,医生可以感受导管侧壁与血管壁的触觉信息。单一传感器只能感受导管单一位置、单一方向上的接触力信息,而传感器阵列则能够获得导管侧壁不同位置和不同方向的触觉信息。本文的主要工作包括:传感器敏感材料的比较、选择与PVDF的特性分析;两种传感器的设计、制作、传感器接口电路与传感器阵列扫描电路的设计。论文的最后对已制作好的这两种传感器均进行了实验。对单一位置的传感器进行了动态特性的研究,建立了传感器的数学模型。并在拟真环境下对两种传感器进行测试,验证了传感器的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微创介入手术辅助装置国内外的研究动态
• 1.3 微创介入手术辅助系统研究中存在的问题
• 1.4 本课题的研究内容及结构安排
• 第2章 传感器敏感材料的特性分析
• 2.1 敏感材料的选择
• 2.1.1 压阻式传感器分析
• 2.1.2 压电式传感器分析
• 2.2 PVDF薄膜介绍及特性分析
• 2.2.1 PVDF压电薄膜的应用
• 2.2.2 PVDF的压电特性分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 导管侧壁单一位置触觉传感器的研制
• 3.1 触觉传感器的结构与装配
• 3.2 传感器接口电路的设计
• 3.2.1 电荷放大器设计
• 3.2.2 传感器接口电路的滤波器设计
• 3.3 数据采集系统的开发
• 3.4 本章小结
• 第4章 导管侧壁触觉传感器阵列的研制
• 4.1 传感器阵列的设计与制作
• 4.1.1 柔性电路介绍
• 4.1.2 传感器阵列的设计与制作过程
• 4.2 传感器阵列控制电路
• 4.2.1 模拟选通开关
• 4.2.2 AVR单片机控制器
• 4.3 PC机软件界面设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 传感器实验及分析
• 5.1 导管侧壁单一位置触觉传感器的动态特性实验
• 5.1.1 实验系统介绍
• 5.1.2 实验结果
• 5.2 导管单一位置触觉传感器数学模型的建立
• 5.3 导管侧壁传感器阵列的实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 传感器接口放大电路图
• 附录 B 传感器阵列扫描电路原理图
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢