用于微型胃肠道胶囊机器人供能的U型发射线圈无线能量传输系统设计与实验

为了解决微型胃肠道胶囊机器人或其他可植入医疗设备无法使用电源线供电以及无线能量发射系统性能差的问题,本文提出了一种新的U型发射线圈无线能量传输系统。与传统的螺线管对式的发射线圈相比,通过结构的改进,首次将磁芯加入到了发射线圈中。该系统可以极大地改善传输过程中传输效率低,机器人接收功率低的问题。本文建立了所提出的U型发射线圈无线能量传输系统的理论模型,并通过有限元模拟对其进行了分析。搭建了U型发射线圈无线能量传输系统平台对其能量传输效率和接收线圈的接收功率进行了测试,以验证所提出设计的有效性。实验结果表明,所提出的U型无线能量传输系统的传输效率最高达到14.13%,接收功率最高为3 780.75 mW,能够满足机器人工作的功率要求。

胃肠道胶囊机器人无线能量传输系统中发射线圈优化设计

基于无线能量传输的模型与原理,仿真分析了几种不同类型发射线圈的磁场分布。结果表明,线圈磁芯开口大小、磁芯与空气界面的形状、线圈放置的位置都会对发射线圈附近磁场分布产生影响。进而优化出扇环型发射线圈,当线圈中通以频率218 kHz、幅值1.125 A的电流时,可在一定的空间区域形成3.0~4.7 G、比较均匀的磁场,满足胃肠道胶囊机器人的供能需求。相较于已有同用途的发射线圈,优化设计的发射线圈结构简单、整体尺寸显著缩小,同时采用较小的电流就能满足供能需求。研究工作可为优化设计无线能量传输系统中的发射线圈提供新的思路和可行途径。

无线供能胃肠道微型诊查机器人系统研究

本文介绍一种新型无缆机器人内镜系统．通过对无线供能、通讯、图像三个子系统的研究，解决了机器人由于拖线而不能深入人体的问题，实现了无线化．设计的双闭环控制无线能量传输系统传输效率达3—8％，传输功率800mW，为体内无创、微创诊疗器械的进一步研究奠定了基础．通过机器人头部的微型摄像装置，可以把体内图像信息以30帧／秒的帧率实时传输到体外．研制的机器人样机直径12mm，长150mm，猪结肠离体实验的结果表明，该机器人能够适应柔软、粘滑的肠道组织．

用于胃肠道微型机器人的组合螺线管式无线能量发射系统研究

为保障胃肠道微型机器人在体内稳定、可靠工作,以扩大无线能量传输系统的工作范围、提高接收能量及其稳定性为目标,研究了新型组合螺线管式无线能量发射系统。通过有限元仿真分析,确定发射线圈的最佳结构及结构参数。基于最小传输能量要求及所提出的发射线圈性能评估指标,优化确定发射线圈的匝数。研制的发射线圈尺寸为50 cm×50 cm×42 cm,较传统的亥姆霍兹线圈在轴线方向上扩大了17 cm,可以更完整的覆盖人体胃肠道区域。实验结果表明,采用边长为12 mm的三维正交能量接收线圈,在发射线圈内任意位置及姿态下,负载接收能量超过660 mW。在发射线圈非边缘区域,接收能量的位置稳定度超过了80%,能够较好的满足为胃肠道微型机器人供能的实用要求。

胃肠道疾病无创诊查技术进展

发展新技术、新仪器,对胃肠道恶性肿瘤及功能性疾病进行早期、无创和在体研究及评价,是当前国际社会关注的重点.概述3类胃肠道疾病检测仪器:(1)目前已有临床上用于胃肠道内恶性肿瘤诊查的常规方法及手段;(2)胃肠道功能性疾病的诊断有赖于腔内生理参数的检测,相关检测仪器的研制为无创、精准诊断提供了新手段;(3)基于微型机器人技术的无创、在体检测胃肠道内多元医学信息新型仪器的研制,成为国际机器人和生物医学工程领域的研究前沿和重点.最后,对相关研究趋势进行预测.

人体胃肠道生理参数无创检测系统及试验研究

人体胃肠道动力功能与胃肠道生理参数有着密切关系。研究了人体消化道生理信号无创检测技术,力图在正常生理状态下,获取实时监测数据,并进行了非线性动力学分析,以期在整体上对胃肠活动作深入了解,以对人类消化系统动力性疾病的诊查,构建数字化医疗信息系统等发挥进一步的推动作用。人体实验证明,人体胃肠道无创检测系统安全可靠、性能稳定。

微型腿式胶囊机器人的设计与分析

针对目前主动式胶囊机器人存在的安全性和有效性问题,提出了一种基于伸缩和平移机构的腿式胶囊机器人.其中,伸缩机构采用微型连杆结构,平移结构采用丝杠-螺母结构.在空间位置、速度和输出力等约束条件下,对这两套驱动机构进行建模和分析,实现尺寸参数和电动机工作参数的优化.经过优化,伸展速度的范围为16.8 mm/s^34.2 mm/s,伸展力的范围为2.45 N^0.44 N,伸展效率的范围为92.8%~34.0%;而平移速度、平移推力和平移效率则基本保持恒定,分别为50 mm/min、4.20 N和50%.胶囊机器人驱动单元的长度和外径分别为33 mm和16 mm.最后,在离体猪结肠内测试该腿式胶囊平移机构机器人的性能,结果表明它可实现有效、安全的伸缩与平移运动,其平均速度可达25 mm/min.

胶囊内镜:胃肠道的“巡警”

‘84岁的徐老太太在医生指导下吞服了一颗特别的胶囊。胶囊一进入体内,就开始沿着胃肠道“旅行”,并“咔嚓、咔嚓”地自动照相。几小时后,拍照的结果就到了医生手中。这是目前我国引进的世界上最先进的微型消化道内窥镜技术。’