無線膠囊內(nèi)窺鏡（簡稱膠囊內(nèi)鏡）是一種具有診斷功能的新型醫(yī)療消化道檢查技術(shù)。受檢者通過吞服膠囊的方式攝入可控微型膠囊,檢查者即可對受檢對象的消化道進行診斷及治療。膠囊內(nèi)鏡避免了傳統(tǒng)管式內(nèi)窺鏡存在的交叉感染、二次創(chuàng)傷等隱患,降低了檢查過程中的痛感,同時拓寬了診察視野和檢測廣度。磁驅(qū)動膠囊內(nèi)鏡在臨床醫(yī)學領(lǐng)域具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。但目前存在檢測周期長,續(xù)航時間短,檢測部位受限,病灶定點診察困難以及精準定位難等亟待解決的問題。本文以外部磁源驅(qū)動控制的微型膠囊內(nèi)窺鏡為研究對象,在人體粘彈性組織及黏性液體存在的消化道環(huán)境中,對膠囊的外形優(yōu)化、磁驅(qū)動力的特性、驅(qū)動磁源及其磁場特性進行了一系列相關(guān)研究,主要內(nèi)容包括:基于食道組織的吞咽過程及其粘彈性本構(gòu)模型,建立了膠囊內(nèi)鏡在人體食道內(nèi)運動的摩擦阻力模型。對膠囊在食道中運動狀態(tài)下,膠囊的幾何和運動參數(shù)與食道壁受力和膠囊受力的關(guān)系進行了探究。并以膠囊結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)作為變量,設(shè)計了₉L3³正交模擬實驗組,進行了膠囊在粘彈性食道模型中的有限元瞬態(tài)仿真模擬。同時提出了損傷應(yīng)力?₀作為評定膠囊... 

【文章來源】：江南大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氣動式膠囊機

凸こ萄蟹⒅行模┦笛槭業(yè)腄ario等人采用氣動控制方式開發(fā)了腸道內(nèi)窺鏡機器人[48]。氣動式機器人結(jié)構(gòu)及原理如圖1-5所示。其結(jié)構(gòu)包括兩端通過真空吸附的鉗位裝置和中段外部氣動伸縮的裝置。當膠囊行進時，單元1密封鉗位(a)；單元3解除固定(b)；單元2升壓進氣使管道伸長推動單元3至(c)；此時單元3鉗位，單元1接觸鉗位(d)；氣動單元2降壓排氣，單元1解除鉗位至(e)；到此完成了一個前進步的周期動作[49]。Dario等在離體及活體豬腸道內(nèi)進行了一系列的驅(qū)動性能測試，（a）第一代樣機（b）長時間定位用夾持機構(gòu)（c）第二代樣機圖1-2Dario小組的SMA腿式牽引機器人

第一章緒論5但由于存在氣動管道，膠囊進入腸道活動范圍限制在1米內(nèi)[50]。為了實現(xiàn)無纜驅(qū)動2008年，Dario的研究小組推出新一代樣機腿式牽引膠囊機器人研究[51-53]。如圖1-3所示，但這種方式仍存在刮傷隱患。他們還研制了有腿式和無腿式兩種蚯蚓機器人。主要采用形狀記憶合金驅(qū)動，工作電流超過350mA。其相應(yīng)研制的夾持機構(gòu)用以實現(xiàn)長時間定位[54][55]。C.A.Mosse等人提出了一種電激勵驅(qū)動機器人[56]。在膠囊表面攜帶電極，通過對腸道內(nèi)表面施加幅值20V持續(xù)10ms周期為20Hz的電壓脈沖幅值，利用腸道的生物學特性，來刺激腸道伸縮實現(xiàn)膠囊前進的目的，這種方式對患者腸道存在損傷隱患。韓國，Byungkyu研制了一種電池供能的SMA驅(qū)動的無線蠕動機器人，但其續(xù)航能力有待提升[57]。MarcoQuirini等人提出了一種腿式機器人。如圖1-4所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括除檢測功能所必要的驅(qū)動電機，LED照明模塊，CMOS成像模塊以外，還有和多組齒輪氣囊等機械結(jié)構(gòu)。4組彈性腿通過其尾端與1個蝸輪和4個斜齒輪裝配，4條腿沿周向均勻分布。因其通過電機與單渦輪驅(qū)動，各腿部互不獨立，該結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)單自由度的彈性收縮。彈性腿部考慮到了腸道運動的安全性，并設(shè)計了增摩結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)有效的腸壁黏附，并對制作出的樣機進行了耐久疲勞測試。如圖1-5所示，機器人尺寸為12.0mm×40mm。在離體豬小腸內(nèi)運動速度可達40mm/min[58]。圖1-3多足式機器人樣機圖圖1-4多足機器人結(jié)構(gòu)示意圖2006年，日本Olympus公司設(shè)計了用無線供能的旋進式膠囊內(nèi)鏡導航平臺系統(tǒng)。采用了固定磁源的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，該裝置通過控制空間中3組的方形電磁感應(yīng)線圈組產(chǎn)生可控的空間旋轉(zhuǎn)磁常通過旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動控制膠囊旋進運動。這種控制方式擺脫了有線控制和驅(qū)動能源的束縛，為磁驅(qū)動膠囊的驅(qū)動方式


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