微创介入导管远端主动导向技术的研究

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1、国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文微创介入导管远端主动导向技术研究硕士研究生：李黄享导师：王树国教授副导师：付宜利教授申请学位：工学硕士学科专业：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2010年6月28日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3U.D.C.:621DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEDISTALORIENTATIONOFACTIVECATHETERINMINIMALLYINVASIVEEN

2、DOVASCULARSURGERYCandidate：LiHuangxiangSupervisor：Prof.WangShuguoAssociateSupervisor：Prof.FuYiliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringUnit：SchoolofMechatronicsEngineeringthDateofOralExamination：June,28,2010University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学

3、位论文摘要微创介入手术以其创伤小、出血少和术后恢复快的优点，成为治疗心内疾病的重要手段。然而在传统介入手术中，由于导管端部弯曲形状固定，插管过程需要医生拥有丰富的临床经验和熟练的操作技术。任何错误和重复的操作，都可能使病人的血管或心脏造成损伤。此外，在实施手术过程中，医生长期遭受X射线辐射造成的伤害。针对上述缺点，本文对两种导管远端主动导向技术进行了研究，以改善导管进入血管分支的能力，降低手术操作难度。同时，采用主从操作方式实施插管操作，避免了医生遭受辐射。具体研究内容如下：研究了形状记忆合金(SMA)驱动的主动导管。在Brinson一维拉伸本构方程的基础上，建立了SMA弹簧本构方程，

4、并根据相变条件对方程的缺陷进行了修正。在考虑形状记忆合金相变特点的影响下，建立了SMA导管的力学方程和传热学方程。结合各个方程，在Simulink环境下搭建了SMA主动导管模型，进行了仿真研究。对SMA主动导管进行了加热实验研究，其仿真结果符合实验数据，验证了模型的有效性。分别利用PID控制器和基于自适应神经网路模糊控制系统（ANFIS）的PID控制器，对SMA主动导管的角度弯曲控制进行了仿真研究。根据导管手柄机械结构设计了差动轮系式和滑台式两种导管手柄操纵装置，以代替医生来完成对导管远端的导向操作，并设计了移动平台以辅助导管进给操作。利用3自由度控制主手和运动控制卡搭建了导管手柄操纵

5、装置的硬件平台，并研究了操作策略，提出了速度跟随和步进微调两种操作方式。基于VC++开发环境，通过控制主手完成了对导管手柄操纵装置的实时主从操作，进而控制导管远端实现自主导向功能。关键词微创介入手术；形状记忆合金主动导管；钢丝牵引导管；导管手柄操纵装置；主从操作-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractRecentlyminimallyinvasivevascularsurgery(MIVS)hasbecomeanindispensabletherapytocardiacdiseases,whichpossessesadvantagesoflessscarring,lessb

6、leedingandshorterhospitalstay.Becausetheshapeofcatheter’sdistaltipisunchangeableintraditionalMIVS,however,surgeonsmusthaveplentyofclinicalexperiencesandbeproficientatcatheterization.Everymisoperationofthesurgerycoulddogreatharmtothevesselsofpatients.What’sworse,duringMISprocessthesurgeonshavebee

7、nseriouslysufferingfromXrays.Toovercomesuchshortcomings,twotypesofcatheterswerestudiedinthispaper,whichaimsatimprovingthecatheter’smaneuverability,reducingthedifficultiesofMIVS,aswellasprotectingthesurgeonsfromXraysthrougham