脑神经外科微创手术辅助系统的设计

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1、哈尔滨下稃大学碗十学位论文比利时的Katholieke大学的JanPeirs、JoeriC蝎hen等人研究了一种带有光纤传感器的导管”。。该导管的直径为5mm，并且具有两个弯曲自由度。它利用光纤中反射光的强弱，检测出导管与血管壁发生碰撞时候的力，避免导管撞破血管造成更大的伤害。图1．4带有光纤传感器的微把血管机器人还有其他的一些研究机构致力于导管前端微力传感器的研究。同本香川大学1拘ShuxiangGuo和ToshioFUKUDA等人研制的微型导管fT]Is3[gJ，它的前端带有一片ICPF(IonicConductingPolymerFilm)。作为导管的执行机构。通过控制加在ICP

2、F上的电流大小，ICPF材料发生弯曲。利用材料的这种功能，当遇到血管分叉或阻塞的时候，导管可以向任意方向发生弯曲，从而越过障碍。法国巴黎大学计算机科学与机器人实验室的YanBailly和YaeineAmirat一起开发了一种微型导管“⋯，它主要应用于动脉瘤的治疗，在一些狭窄且血流速较快的血管中能发挥较大的作用。图1．5巴黎大学研制的应用于血管动脉瘤的微型导管韩国汉城国家大学(}勺JunKeunChang雨qSeokChug等人联合开发了一种4哈尔滨：F稃大学硕十学付论文应用于血管微创手术的微型导管⋯1，它的外直径为3．Omm,内直径为2．Omm，长度为1000mm。它主要有三段Z字型的

3、形状记忆合金(SMA)组成，记忆合金之问由塑料和铜连接在一起。该导管可以弯曲到任意角度。国内对于脑神经外科微创手术辅助系统的研究处于刚刚起步的状态，目前只有浙江大学开展了这方面的研究。他们设计了一种新型的用于微创医疗的驱动机构，该机器人利用液体作介质，根掘蝌蚪的游动原理，通过尾部的摆动实现快速平稳的游动前进与转向，在后退中利用头部旋转产生的动压润滑效应实现快速悬浮倒退，在运动过程中避免了与管壁的接触，在血管内运动时不会对血管造成损伤，且能够以较快的速度在血管中游动前进和悬浮倒退㈦。：／／—＼：图1．6血管机器人结构示意图脑神经外科微创手术技术是神经外科的新兴技术。国外有很多家研究机构正

4、在进行相关系统的研究，并取得了初步的成果。在此同时该项技术也在国内受到越来越多的重视。但目前无论国内还是国外，所开发的系统还都处于实验研究阶段。随着科学技术的进步，该领域在未来的发展必然会有更广阔的前景。1．3脑神经外科微创手术辅助系统的关键技术1．3．1机械传动装置1、功能性要求机械产品必须完成规定的功能．机械的功能可表达为一个或几个功能指标，它们是机械设计的最基本的出发点⋯1。主要考虑如下几方面⋯’：1)被加工工件的尺寸范围；呤尔滨1一稃大学硕七学位论文2)为满足不同切削工艺的要求，滑枕应具有若干不同的往复运动速度3)应能供给并传递足够的功率，以克服切削力；4)工作台沿横向应能实现

5、若干种不同的进给量：5)应能保证一定的加工精度。2、可靠性要求机械零件在力的作用下，其内部和表面会产生应力和变形，从而导致零件的失效。要满足可靠性的要求，就要进行强度、刚度和寿命的计算，保证在规定的使用寿命期限内，零件不发生断裂、磨损等各种形式的失效，这些计算在整个设计工作中占了很大的比例。3、经济性要求所设计的机械应力求在制造和使用过程中成本较低。制造成本：在总成本中所占比例最大，要在设计过程中注意，构思合理的工作原理，简化结构；选用适当的原材料，既能减小尺寸和重量，还要注意材料的价格；确定既能满足工作要求，又能降低加工费用的合理和加工精度；最大限度地采用标准化、系列化和通用化的零、

6、部件等。使用成本：要注意降低机械的能量损失，保证机械有较高的机械效率；并在设计阶段就要考虑到维修的方便性和经济性。4、社会性要求所设计的机械产品不应对人、环境和社会造成消极影响，要注意操作者的安全性和舒适性，注意机械的造型和色彩美观大方。l

7、3．2传感器技术传感器是脑神经外科微创手术辅助系统的核心部件，是在手术过程中获取信息的重要装置。传感器所测试的物理量(输入信号)有两种形式n51。一种是静态(或准静态)的形式，这种信号不随时问变化(或变化很缓慢，在观测时间内可忽略其变化)：另一种是动态形式，这种信号随时问变化而变化。6哈尔滨1：稃大学硕十学付论文由于人的血管壁的厚度很薄，正常人的血

8、管厚度不会超过1．1mm。在以往采用手动方法插入导管的手术中，医生无法感知导管前进过程中各个部位的受力情况，因此极易弄破血管，造成更大的损失。为了保证手术的安全性，就必须使操作者能随时感知到导管的受力情况。近些年来，随着人们对传感器技术研究工作的深入开展，作为微创手术中使用的微型传感器受到了越来越多的重视和期待。理想的传感器特点是能感知导管前进过程中受到的各种力的大小。如导管前端的压力、侧面的摩擦力等。1．3．3远程控制远程控制就是指管理人员在