本文關(guān)鍵詞：白內(nèi)障超聲乳化手柄的研究

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【摘要】：白內(nèi)障超聲乳化手術(shù)以其切口小、愈合快、散光小、術(shù)后視力恢復(fù)快、手術(shù)損傷小等優(yōu)點已成為治療白內(nèi)障的重要手術(shù)方式。超聲乳化儀是白內(nèi)障超聲乳化手術(shù)重要的輔助儀器,其主要包括超聲波發(fā)生器和超聲乳化手柄兩部分。超聲乳化手柄是超聲乳化儀的核心部件,其性能的好壞直接影響到手術(shù)的效果。超聲乳化手柄主要包括超聲換能器和超聲變幅桿兩部分,在實際工作時,還會在前端安裝乳化針頭。超聲換能器的功能是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動,但其輻射端面的振幅只有幾個微米。而白內(nèi)障摘除手術(shù)時,輻射端面的振幅一般需要幾十到一百多微米,因此必須在換能器的端面連接超聲變幅桿,將振幅放大。從超聲換能器功率重量比的角度要求,總是希望能以較小的重量產(chǎn)生較大的輸出能量。所以課題的目的是,尋求一種既能滿足手術(shù)需要,又能獲得小體積和輕質(zhì)量的超聲乳化手柄。故課題提出了1/4波長超聲換能器加1/4波長超聲變幅桿的手柄結(jié)構(gòu),減小手柄的體積和質(zhì)量。 論文首先根據(jù)變截面細(xì)桿和壓電陶瓷片機(jī)電等效電路推導(dǎo)出1/4波長夾心式超聲換能器的機(jī)電等效電路,再運用等效電路法對28kHz和40kHz兩種頻率的超聲換能器結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計。然后,利用解析法對兩種頻率的1/4波長階梯形變幅桿進(jìn)行設(shè)計,并確定其最佳圓弧過渡段。最后,在有限元分析軟件ANSYS11.0中,對兩種頻率的手柄進(jìn)行模態(tài)分析和加上負(fù)載針頭的手柄進(jìn)行優(yōu)化。對優(yōu)化后的手柄進(jìn)行諧響應(yīng)分析和導(dǎo)納特性的研究,表明40kHz手柄與28kHz手柄相比雖然壓電轉(zhuǎn)換系數(shù)低、振幅放大系數(shù)小,但體積小、機(jī)械品質(zhì)因素高、機(jī)械損耗小、頻帶窄、最大應(yīng)力小、加速度大。兩種手柄分別與針頭組成的整個振動系統(tǒng)振幅放大系數(shù)相當(dāng),且針頭末端振幅均在100μm以上,均能滿足白內(nèi)障手術(shù)的需要。故40kHz手柄更符合設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：超聲乳化儀 超聲乳化手柄 超聲換能器 超聲變幅桿 有限元分析軟件ANSYS11.0
【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R779.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 課題研究背景9-13
• 1.2.1 白內(nèi)障手術(shù)的發(fā)展9-12
• 1.2.2 超聲換能器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展12
• 1.2.3 超聲變幅桿的研究現(xiàn)狀及發(fā)展12-13
• 1.3 課題研究目的和意義13-14
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容及文章結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第二章 超聲換能器設(shè)計15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 壓電換能材料15-19
• 2.2.1 壓電換能材料的幾個重要參數(shù)16-18
• 2.2.2 壓電陶瓷材料的選擇18-19
• 2.3 1/4波長夾心式壓電換能器的設(shè)計19-25
• 2.3.1 1/4波長夾心式換能器的結(jié)構(gòu)與優(yōu)點19-20
• 2.3.2 1/4波長夾心式壓電換能器的機(jī)電等效電路法設(shè)計20-25
• 2.3.2.1 1/4波長夾心式壓電換能器機(jī)電等效電路20-24
• 2.3.2.2 1/4波長夾心式壓電換能器理論計算24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 超聲變幅桿的設(shè)計26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 超聲變幅桿的性能參數(shù)26-27
• 3.3 超聲變幅桿的分類及選用27-28
• 3.4 超聲變幅桿的設(shè)計方法28-30
• 3.5 1/4波長超聲變幅桿的設(shè)計30-33
• 3.5.1 超聲變幅桿材料選擇30
• 3.5.2 1/4波長階梯形超聲變幅桿的解析計算30-33
• 3.6 本章小結(jié)33-34
• 第四章 超聲乳化手柄有限元仿真與優(yōu)化分析34-57
• 4.1 引言34
• 4.2 有限元方法簡介34-37
• 4.2.1 有限元法基本思想34-35
• 4.2.2 有限元分析軟件35-36
• 4.2.3 ANSYS分析的基本過程36-37
• 4.3 壓電有限元耦合動力學(xué)分析理論基礎(chǔ)37-39
• 4.3.1 模態(tài)分析37-38
• 4.3.2 諧響應(yīng)分析38
• 4.3.3 壓電耦合分析38-39
• 4.4 超聲乳化手柄的ANSYS仿真與優(yōu)化39-55
• 4.4.1 ANSYS模態(tài)分析簡介39-40
• 4.4.1.1 ANSYS模態(tài)分析的步驟39-40
• 4.4.1.2 模態(tài)提取方法的選擇40
• 4.4.2 超聲乳化手柄的模態(tài)分析40-44
• 4.4.2.1 超聲乳化手柄有限元建模40-42
• 4.4.2.2 超聲乳化手柄模態(tài)求解42-44
• 4.4.3 超聲乳化手柄的結(jié)構(gòu)優(yōu)化44-46
• 4.4.3.1 ANSYS有限元優(yōu)化設(shè)計模塊44-45
• 4.4.3.2 超聲乳化手柄尺寸優(yōu)化45-46
• 4.4.4 超聲乳化手柄諧響應(yīng)分析46-49
• 4.4.5 超聲乳化手柄諧振頻率附近導(dǎo)納特性分析49-55
• 4.4.5.1 超聲乳化手柄諧振頻率附近等效電路圖49-51
• 4.4.5.2 超聲乳化手柄重要參數(shù)51-53
• 4.4.5.3 ANSYS中超聲乳化手柄導(dǎo)納參數(shù)提取及結(jié)果分析53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 總結(jié)57
• 5.2 展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 研究生期間發(fā)表的論文情況63-64
• 致謝64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：861705