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微型结肠疾病诊疗机器人系统及实验研究

作　者: 高媛
导　师: 颜国正
学　校: 上海交通大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 微型直流电机仿尺蠖运动步态视觉导航热疗活检
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前,国内罹患结直肠癌症以4.71%每年的速率在增长,超过国际的2%的水平。早期的结直肠肿瘤的治愈率是非常高的,及时、定期的检查是治疗结直肠肿瘤的关键。结直肠癌症的确诊需要做内窥镜检查及活检切片进行病理检查,目前临床应用的主要方法是纤维或电子结肠镜检查,但是也会给病患带来极大的痛苦,而且可能引发并发症,因此,研制微创或无创结肠诊疗技术成为当下的热点。消化道是人体唯一开放的腔道,这为研究微型结肠疾病诊疗机器人提供了很好的场所。许多研究机构以研制一款体积小、集诊疗一体、自主控制的结肠机器人为目的,展开了对微创或者无创医疗机器人技术的研究。但是现有的大部分研究成果是以研究机器人基本的运动方式和步态为主,对于诊疗机构的设计和实验涉及较少。本文在国家自然科学基金项目(31170968)、国家863高技术研究发展计划项目(2008AA04Z201)、载人航天领域预先研究项目(010203)、上海市科委项目(09DZ1907400)资助和支持下,在对前人的研究成果总结分析之后,以代替结肠内窥镜,并最终应用于临床为目的,设计研制的微型结肠疾病诊疗机器人(简称微诊疗机器人)。最终的微诊疗机器人体积小、能自主控制、集诊疗一体。微诊疗机器人选用微型直流电机作为驱动器,以仿尺蠖式的运动步态实现在肠道内的自主爬行。结合结肠肿瘤诊断需要,微诊疗机器人添加了视觉导航及监控、活检或热疗的功能。视觉导航能实时输出结肠内部视频图像,为医生判断疾病及机器人的定位提供信息;活检可以采集疑似病变组织,为后期的病理检查采集样本;热疗能对肿瘤细胞进行加热,达到杀死肿瘤细胞的目的。微诊疗机器人使用PIC16F690作为主控芯片,在此基础上设计了直流电机驱动、电机电流采样、温度采集、通讯等电路,并使用C语言编程设计了步态控制程序、温控程序和射频通讯协议等。微诊疗机器人有无线方式供能和拖线供能两种供能方式可选择,由上位机发送控制指令,实现半自主控制。最终的微诊疗机器人直径为20mm,长度为170mm。为验证微诊疗机器人的功能,设计并完成了微诊疗机器人部分功能模块及整体的性能实验,实验表明微诊疗机器人能实现预期的运动步态,热疗机构的温度也能达到热疗温度范围,机器人步距在32.8mm。

微型结肠疾病诊疗机器人系统及实验研究

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