摘要：目的现有双平行四边形机构设计的机械臂需要串联一个伸缩自由度机构,导致机械臂体积增大,运动灵活性降低,持镜臂与持器械臂发生干涉。针对这一问题,提出一种新型机械臂结构,增强运动灵活性、减小机械臂的体积。方法采用5连杆机构、滑块与滑轨的低副机构和丝传动机构设计机械臂,实现末端执行器的伸缩运动,建立机械臂的运动学模型,以MATLAB为仿真工具验证零位关节角D-H参数的正确性,求解出机械臂的运动方程;同时运用蒙特卡洛算法,得到末端执行器的三维工作空间范围,并对3条机械臂作术前动物实验规划;最后,在猪体内进行胆囊切除等操作,验证机械臂的双5连杆2自由度设计的合理性和可操作性。结果蒙特卡洛算法在MATLAB环境下得到的工作空间范围为:-650.4 mm<x<649 mm,163.8 mm<y<1 202 mm,-254.6 mm<z<829.8 mm,并成功完成16例猪的胆囊切除实验,平均操作时间为51 min。结论新型设计的双5连杆2自由度机械臂在猪体内成功完成胆囊切除等操作,且猪术后无其他不良症状,机械臂之间的运动无干涉,充分验证了所提出的微创手术机器人机械臂设计方案的可行性。

摘要：应用数值模拟分析方法,研究腹主动脉瘤直型覆膜支架在径向压握、自膨胀释放及植入后平衡状态3种工况下的稳定性及各项生物力学指标。建立覆膜支架、压握工具以及目标血管的有限元模型。对圆柱状压握工具沿R轴负方向施加大小为6.50 mm的位移载荷,压握覆膜支架至外径为7.00 mm;将压握工具恢复到原始尺寸,建立血管/覆膜支架接触关系;支架完全释放后平衡状态下,对其内表面均匀施加50~150 mm Hg动脉压。分析支架部分在压握与平衡状态下的最大主应变（MPS）峰值及分析后形态、释放状态下变形血管以及覆膜的等效应力峰值（VMS）。在径向压握过程中,金属支架最大压握主应变峰值为5.73%;在自膨胀释放过程中,造成血管壁应力集中的峰值为0.371 MPa,覆膜应力峰值为0.388 MPa;在植入后平衡状态下,支架平均应变为0.0859%,振荡应变为0.0486%,覆膜应力峰值为2.09 MPa,安全因子为8.23。支架部分在各工况下应变处于镍钛合金屈服强度之内,在圆角弯折处应变最为集中;覆膜部分在各工况下应力值也满足e-PTFE膜材料的屈服强度。该研究结果可以为覆膜支架的结构优化设计以及覆膜材料选择提供一种分析方法,可以提高覆膜支架的生物力学性能,并给工程设计和临床操作提供参考。

摘要：本研究模拟了两款镍钛三维螺旋状机械性取栓器(MERD)在径向压握、径向释放和血管内迁移过程中的情况,并对单个模型结构在各个接触载荷下的力学性能进行分析。建立了两款机械性取栓器、压握工具以及目标血管的有限元模型。对圆柱状压握工具施加向内的径向位移UR=+0.9 mm,压握取栓器至外径为2.9 mm;将压握工具恢复到原始尺寸,建立血管/取栓器接触关系;牵引取栓器近头端,使其在血管壁内迁移滑动。分析和比较两款取栓器在压握状态下的径向支撑力(RF)和最大主应变(MPS)峰值,释放状态下变形血管的等效应力峰值(VMS),迁移过程中取栓器的最大主应变、血管壁的等效应力峰值以及分析末期取栓器形态。结果表明,Ⅰ型和Ⅱ型取栓器的最大压握主应变峰值分别为3.23%和3.61%,Ⅰ型取栓器压握过程更加安全;当压握外径为3.0 mm时,Ⅰ型取栓器的径向支撑力为1.96 N,较Ⅱ型取栓器小21.6%,更容易压握;Ⅰ型结构在释放和迁移的过程中,造成血管壁应力集中的峰值分别为0.378 MPa和0.509 MPa,较Ⅱ型结构大21.6%和30.5%。本研究结果可以用于螺旋状机械性取栓器的结构优化设计,提高其生物力学性能,在工程和临床上具有重要应用价值。

摘要：目的 应用数值模拟方法研究两种直管型覆膜支架在植入过程中自膨胀释放、平衡状态、支架弯曲3种工况下的生物力学特性,并对比支架结构变化对其各生物力学指标的影响。方法 建立两款环状覆膜支架（支架Ⅰ、II,其中支架II各独立支架单元间添加连杆加固）和目标血管的有限元模型。使用输送鞘将支架输送到目标血管中,释放输送鞘使支架自膨胀释放,并建立血管和覆膜支架的接触关系;释放完全后,在支架内表面施加6.65-19.95 k Pa（50-150 mm Hg）动脉压;在支架两端施加角位移以使其弯曲变形。最后分析变形血管的等效应力峰值,覆膜支架在各工况下的最大主应变峰值、等效应力峰值及形态的变化。结果 在自膨胀释放过程中,支架Ⅰ、II造成血管壁应力集中的峰值分别为0.349、0.371 MPa;平衡状态中,支架Ⅰ、II平均应变分别为0.086%、0.053%,振荡应变分别为0.049%、0.027%,覆膜应力峰值分别为2.098、2.430 MPa;支架弯曲变形时,支架Ⅰ、II最大主应变峰值分别为0.069%、0.101%,覆膜变化形态上支架Ⅰ褶皱更为严重。结论 两种覆膜支架在各状态下应力应变都满足相应材料屈服极限;支架II由于单元间存在连杆而使其在释放过程中具有更大的径向支撑力,动脉压作用下具有较低应变水平,支架弯曲变形时也能具备更好的贴壁性。研究结果可以为覆膜支架的结构设计以及覆膜材料选择提供一种分析方法,并给临床覆膜支架介入手术操作提供直观、准确的技术指导。

摘要：目的分析Z型覆膜支架波峰数目对覆膜支架生物力学性能,尤其对径向支撑性能及柔顺性影响,为Z型覆膜支架设计以及临床选择提供理论支持。方法通过有限元方法,建立4种不同波峰数目(5、8、10、12)的Z型覆膜支架有限元模型,分别施加径向位移载荷和绕z轴40°转动变量以完成压握和弯折的模拟,并提取支架应力、径向支撑力、覆膜应变、横截面变形程度及弯矩作为评价参数。结果相比波峰数目较多的覆膜支架,压握过程中5波峰覆膜支架具有最大的径向力,提供良好的径向支性能;5波峰覆膜支架在弯折模拟中产生了68 N·mm的最小力矩及67.5%的最小弯折横截面变形程度,并且在弯曲过程中覆膜的拉伸应变较小。结论 Z型覆膜支架波峰数目对覆膜支架生物力学性能的影响显著。波峰数目相对较少的Z型覆膜支架在径向支撑性能及弯曲力矩、横截面形变程度等柔顺性评价方面表现出优势,有利于覆膜支架在血管内的固定贴合,对减少血栓和内漏等并发症具有积极意义。研究结果可以指导Z型覆膜支架优化设计及手术最优选择。

摘要：利用有限元数值模拟方法分析了三种不同结构镍钛金属支架的力学性能及疲劳安全性。根据实际情况,提出合理的假设与简化条件,完成支架几何模型及有限元模型的创建、材料模型的选取及边界条件的设置。分析不同支架杆宽ω、棱角度q对支架应变情况和疲劳安全性能的影响,为支架的优化设计提供有价值的参考。

摘要：左心室室壁瘤是心肌梗死后的常见并发症,传统内、外科治疗疗效欠佳或对医生操作技能和患者的身体素质要求较高。随着微创医疗器械的发展,心肌锚定器械作为一种微创伤手术治疗室壁瘤、重建左心室逐渐成为可能。该研究介绍了现有的心肌锚定器械及其存在的问题,从临床需求的角度出发,提出了新型心肌锚定的设计思路,实现了精确测力并简化手术的目标。

摘要：针对白内障超声乳化吸除术的需求,设计一款与传统超声乳化手柄中的40kHz纵向振动压电换能器相比,热安全更好,乳化更高效且最大振幅达到手术需要的超声换能器。压电换能器设计模态为29kHz一阶纵向振动,并验证该换能器的频率及振幅特性。使用有限元分析软件ANSYS17.0对该压电换能器进行模态仿真;使用多普勒激光测振仪对换能器样机从径向及轴向进行扫频与定频分析,将其结果与仿真数据及设计数据进行比较分析。样机实验表明:仿真分析得到压电换能器模态与设计非常接近,振动形态为一阶纵振,谐振频率28.63kHz与设计频率误差为2.17%;使用多普勒激光测振仪测得该换能器为纵向振动,谐振频率为29.46kHz,与设计频率误差为1.59%;在固定电压下得到该换能器频率-振幅关系,在固定频率下得到该换能器电压-振幅关系,验证该换能器最大振幅能够达到超声乳化手术需要,且振幅随电压稳定增大。本设计成功达到预期频率及振幅要求,仿真结果和实物测试充分验证了该设计的正确性。

摘要：金属植入物在磁共振环境下,会受到位移力的作用,该文通过实验设计,对全部空间位置的磁场进行测量,结合计算机数据处理,在核磁共振环境位移力可评价区域,找出了极限位置的空间坐标。对未达到磁饱和的器械,最大偏移位置位于空间梯度与梯度变化乘积最大点处;对达到磁饱和的器械,最大偏移位置位于空间梯度变化最大点处。

摘要：通过SolidWorks建立某心脏瓣膜支架的三维模型,用Abaqus对瓣膜支架压握入鞘过程与疲劳情况进行分析,得到支架的应变分布和疲劳性能.结果可以判断支架设计的优劣,为支架优化设计提供参考.