摘要：本研究设计了一款新型血管吻合器,通过探究血管与吻合器的相互作用,实现快速高效吻合动静脉血管,为血管端端吻合手术提供可新的方法与器械。通过构建血管吻合器的三维模型,利用3D打印技术快速制作了血管吻合器样机,模拟了不同的单侧施压距离下(0.2、0.3、0.4 mm)血管与吻合环的相互作用。通过体外拉伸实验和渗漏实验,验证血管吻合的有效性。单侧施压距离为0.3 mm时,吻合效果最好,吻合口密封性良好,5 min渗漏量为5.7 mL,其极值水压为(148.25±0.13)mmHg,最大拉伸力为(6.08±1.78)N。本研究的新型血管吻合器可以快速实现血管的端端吻合以及功能重建,通过离体实验初步验证了技术的可行性,后续还需要进一步结构优化设计并进行临床实验。

摘要：目的开发一款新型电动吻合器,以解决现有产品转角不足、操作不便、难以掌握压榨强度等问题。方法设计一款电动吻合器并加工出样机,利用三坐标影像仪搭建样机功能测试平台测量出样机的运动轨迹曲线,用拟合优度检验来评估理论曲线与测量曲线的一致程度;在前端不同弯曲角度下,吻合新鲜离体猪小肠组织,测试吻合口的吻钉成型率。结果转弯运动与击发运动的测试曲线与理论曲线拟合优度检验理想,而压榨运动的测试曲线与理论曲线的拟合优度在转弯关节弯曲0°~30°时不理想,45°~60°时理想。性能实验中吻钉畸形率低于1.14%,表明弯曲角度对吻合效果无显著影响。结论击发运动和转弯运动的运动学测量曲线与理论曲线一致,压榨运动曲线在不同弯曲角度时存在波动,但不影响吻合效果,电动吻合器的吻合效果符合临床要求。

摘要：目的设计一种新型的用于内镜缝合的电磁弹射器,以实现缝合钉的连续发射。方法依据电磁弹射的基本原理,设计缝合钉结构和电磁弹射装置,并制作样机;构建电磁弹射装置的有限元模型,研究电枢-线圈中心距和不同驱动电压对缝合钉出射速度的影响;搭建电磁弹射速度实验平台,采用高速摄影机对出射速度进行检测;搭建缝合钉嵌入实验平台,测量不同电压下发射速度对嵌入胃壁组织的影响;搭建缝合钉拔出力实验平台,对不同驱动电压下缝合钉嵌入组织的效果进行拔出力评估。结果设计了缝合钉结构和电磁弹射装置,并制作了样机。出射速度随着电枢-线圈中心距的增大,先增加后降低,且在中心距为18 mm时,出射速度最大,为15.81 m/s。中心距为18 mm时,电压与出射速度呈线性关系,缝合钉实验值与仿真值基本吻合。驱动电压为150~180 V时,缝合钉均可成功嵌入组织中,且180 V电压组的嵌入程度更深。120、150、180和210 V电压下缝合钉的拔出力分别为(0.49±0.19)、(1.14±0.19)、(1.23±0.15)、(1.85±0.31)N。结论设计了一种新型的电磁弹射式内镜缝合器,能够实现缝合钉连续发射,为智能化微创外科手术器械提供了一种新的远距离驱动方式。

摘要：目的设计一种适用于肛瘘内口闭合手术的封堵器,研究封堵器的结构设计以及植入物与组织的相互作用,评估内口封堵性能。方法对封堵器进行整体结构设计与样机制作;建立封堵有限元模型,研究封堵过程中组织的应力分布及损伤面积;搭建组织穿刺实验平台对仿真模型及结果进行验证;搭建拔出力实验平台对内口封堵效果进行评估。结果封堵过程中,进给机构的最大扭矩为36 mN·m,组织的最大应力为19.75 MPa,其损伤面积为1.35 cm^(2)。有限元理论模型与实验结果基本吻合,最大拔出力达到5.11 N。结论封堵过程中的组织损伤面积满足肛瘘的微创治疗要求。设计的微创肛瘘封堵器可实现内口的有效封堵,有助于医生更加便捷、快速、有效地完成肛瘘的微创手术。

摘要：为获得驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的主要设计参数范围,采用超弹性应力-应变本构方程描述肠道的生物力学特性,推导了驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的临界步距模型.针对伸缩机构,根据临界步距模型中的速度-阻力关系系数,设计了光滑外壁的单舱体机器人模型实验,采用不同直径的离体肠道进行测试;为获取驻留机构设计参数,采用足模型测试了同一直径下不同足伸出长度的驻留力.将获得的机器人参数返回到数学模型中,导出了若干机器人设计准则.最后采用机器人样机的离体实验,验证了临界步距模型的有效性.

摘要：针对现有人工肛门括约肌夹持机构存在生物相容性低、响应时间长的缺点,本文基于排便机制及力学特点,设计了一种新型封闭连杆式人工肛门括约肌(Novel Closed-link Artificial Anal Sphincter,NCAAS)的夹持机构。NCAAS夹持机构由基于沟槽凸轮摆杆的传动机构的三组交错叠放的夹持臂组成。为研究生物相容性与响应时间,本文根据虚功原理推导夹持臂的夹持力方程,并通过有限元分析夹持臂与肠道的力学特性。仿真所得机构控便时最大夹持力为1.6 N,肛肠角为62.2°~95.2°,满足人体日常控便需求。所制得NCAAS原型机质量55.19 g、高度42.7 mm、机构总长度不大于68.2 mm,平均响应时长为7.25 s。本文还通过猪大肠离体实验验证了NCAAS夹持肠道的生物相容性,最终控便量达700 g、肛肠角小于90°。NCAAS小型轻巧,生物相容性良好,响应时间较传统人工肛门括约肌大幅度缩短。

摘要：介绍了能够描述胃肠道组织的应力–应变关系的超弹性本构模型.针对胃肠道特殊的生物力学环境,提出了一种基于驻留–伸缩的微型胃肠道机器人运动方式.通过研究微机器人单舱体与肠道组织相互的力学作用,建立了机器人单舱体运动时的速度与阻力关系;通过研究机器人整机与肠道的力学作用,建立了机器人的运动效率公式;结合以上力学分析,推导出基于超弹性本构模型的临界步距数学模型.该数学模型能够指导机器人设计与参数优化.最后,通过机器人模型实验获得了单舱体在肠道中的速度–拉力关系,并用机器人样机的离体实验验证了临界步距模型.

摘要：目的 研制一种新型电动吻合器,提高微创外科手术的自动化程度、便捷性和精准性。方法 在传统机械吻合器的基础上,创新设计新型电动吻合器的压榨、击发与转弯机构,实现微创外科吻合手术的电动驱动。详细分析电动压榨、击发与双螺旋转弯机构的运动过程,求解3个机构的运动函数方程式,为电动吻合器的智能控制算法提供理论基础。结果 利用ADAMS软件对电动压榨与击发过程进行仿真,验证运动方程。制作出新型电动吻合器的样机,进行离体小肠组织的吻合实验和爆破压实验,吻合口爆破压为3. 7~11. 67 k Pa,符合临床基本要求。结论 新型电动吻合器的结构设计可以满足微创外科手术中电动压榨和击发等要求,有助于医生更加便捷、快速、有效地实现组织吻合。

摘要：为扩大消融范围,有效降低组织碳化或气化风险,本研究设计了一种冷却射频消融仪及其控制算法,可实现一次消融下,消融范围直径大于3 cm且接近于标准球形。基于离体牛肝,本研究对比了传统恒功率射频消融、冷却恒功率射频消融和算法控制冷却射频消融三种模式。结果显示,本研究算法控制下,冷却射频消融的椭圆指数与规则指数的最大偏差值最小,椭圆度指数和规则性指数的最大偏差分别为8%、42%,椭圆指数与规则指数的平均值接近于1,分别为1.03和0.72;此外,椭圆指数与规则指数的方差最小,分别为0.0023和0.0012。本研究自制的冷却射频消融仪可有效降低电极接触组织温度,其控制算法与传统和冷却恒功率消融相比更稳定,更趋于球形,且规则程度更高。该研究有望为后续的消融治疗产生积极影响。

摘要：设计用于反馈式人工肛门括约肌的无线经皮供能系统,从理论和实验2个方面对基于磁耦合谐振的无线能量传输这一前沿技术进行研究。接发线圈均采用平面螺旋结构沿磁芯表面绕制而成。为了在体外供电时耦合链路能够较好地处于谐振状态,减少由于位置变化或人体组织干扰可能带来的频率分裂现象,系统加入了半自动闭环反馈控制环节,在此基础上进行了大量的离体和活体动物实验。实验主要围绕线圈的选择、传输水平、传输路径、障碍物对传输性能的影响,表明在直径分别为6 cm和3.5 cm的初级和次级平面螺旋线圈作用下,设定固有频率230 kHz,实现了发射功率2 W,最大传输效率达82%,在10～15 mm距离内效率仍有63%～75%的能量传输,满足了该植入式器件的用电需求。