电动吻合器切割运动仿真分析及参数优化

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随着外科手术的不断进步及微创手术的发展,吻合器作为代替手工缝合的工具,在临床上的应用越来越广泛。和传统的手工缝合相比,吻合器简化了手术操作,缩短了手术时间,提高了手术效率,具有巨大的优势。由于吻合效果受到多方面因素的影响,吻合器在临床上使用时并不能完全避免吻合口瘘、吻合口出血和吻合口狭窄等并发症的发生,如何对吻合效果进行优化是研究的热点之一。
  吻合器有手动吻合器和电动吻合器两种类型,电动吻合器由于操作简单、方便、术后出血低等优势更受医生的欢迎。目前临床上使用的电动吻合器主要是强生电动吻合器,该电动吻合器只有一个挡位,所提供的切割力是无法主动调节的。在使用时,当切割缝合较厚的组织时,可能出现切割不完全的现象,此时负载力矩超过电机提供的最大力矩,可能造成电机烧毁,设备损坏。如何对不同厚度的组织提供合适的击发力,针对特定软组织提供适用的切割速度,是研究切割效果优化的一个重要问题。针对这一问题,本文通过对电动吻合器结构建模,并采用运动学联合仿真和有限元分析方法,研究了电动吻合器切割力的调控方式和切割参数对切割结果的影响,从而对吻合器切割组织进行优化。本文研究内容如下:
  (1)胃组织切割运动有限元分析及参数优化
  采用有限元方法对胃组织切割过程进行建模,基于所建模型,研究不同组织厚度、切割力和切割速度下,组织的应力和能量分布情况,从而对切割参数进行优化。
  (2)电动吻合器切割运动建模与运动学仿真
  分析电动吻合器在临床的使用,确定电动吻合器的功能需求,提出电动吻合器的设计要求;对电动吻合器吻切结构进行分析和模块化设计;通过计算,对主要部件和电机进行分析选型;采用SolidWorks对吻切结构建模,并进行运动学分析,验证模型的正确性。
  (3)电动吻合器切割运动联合仿真与动力学分析
  对电动吻合器切割运动控制系统进行设计,采用基于脉宽调制的运动控制算法;以MATLAB和RecurDyn仿真软件为平台,对切割运动进行动力学仿
  真,分析负载、PWM占空比、电机电流之间的关系,得到三者之间的查找表,为吻合器不同负载下击发力的调整提供参考依据。
  通过研究得到在对不同厚度的胃组织进行切割时,要使用不同的切割力;不同的切割速度下胃组织的切割效果有很大不同,胃组织存在最优切割速度。
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