单线型低温等离子消融电极的结构设计与实验验证

作     者：徐群 宋成利 毛琳 陈留晓 吴桐 刘洋志 忻麟 Xu Qun;Song Chengli;Mao Lin;Chen Liuxiao;Wu Tong;Liu Yangzhi;Xin Lin

作者机构：上海理工大学健康科学与工程学院教育部微创医疗器械工程研究中心上海200093 

基　　金：国家自然科学基金(51735003) 

出 版 物：《国际生物医学工程杂志》 (International Journal of Biomedical Engineering)

年 卷 期：2024年第47卷第2期

页      码：101-107页

摘      要：目的设计一种单线型低温等离子消融电极,解决传统电极难以生成均匀、连续和稳定微气泡的问题,提高低温等离子体的消融与切割效果。方法在SolidWorks 2021三维建模软件中对低温等离子三线型电极与单线型电极结构进行建模,并通过3D打印制作样机。通过COMSOL Multiphysics 6.1软件对2种电极消融过程进行电场和温度场的有限元分析,并通过温度测试实验验证有限元仿真模型的有效性和正确性;通过组织消融实验和低温等离子体激发实验分别比较2种电极的消融效果和等离子体激发过程。结果有限元分析结果显示三线型与单线型电极的表面最高温度分别为70.2、63.3℃,其中单线型电极的表面温度更加理想,2种电极的表面最大电场强度均超过了1.0×10^(7) V/m,达到了微气泡被击穿的电场条件。三线型电极工作电极2端的电场强度远高于其余区域,而单线型电极的电场强度则无明显突变与波动。2种电极表面和距离电极表面1 cm处温度的实验值与仿真值基本一致,拟合度良好,相对误差为3.2%。单线型电极作用在猪脂肪上的消融温度最高为46.8℃,消融后,形态上无焦化区域,在1 s内可达到0.5 mm的组织切割深度。接入能量平台后,单线型电极工作电极表面会产生微气泡;通电6 ms时,工作电极表面完全被微气泡覆盖;通电9 ms时,低温等离子体被激发,可以看到呈蓝紫色光的等离子体;通电25 ms时,产生的微气泡依然规则、稳定。结论设计了一种单线型低温等离子消融电极,可以生成均匀、连续和稳定的微气泡,实现了比传统电极更好的消融与切割效果。

主 题 词：电极 低温等离子体 组织消融 微气泡 热损伤 

学科分类：0831[工学-公安技术类] 08[工学] 0836[0836] 

D　O　I：10.3760/cma.j.cn121382-20240112-00201

馆 藏 号：203127885...