基于單片機的醫(yī)用水刀清創(chuàng)設(shè)備研究.pdf

1、嵌入式系統(tǒng)源于微型計算機,是嵌入到對象體系中,實現(xiàn)嵌入對象智能化的計算機,可以將嵌入式系統(tǒng)定義成“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”。嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè),包括自動化、國防、運輸和航天領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)大體可以分為四類:嵌入式微處理器(EMPU)、微控制器(MCU)、DSP處理器(DSP)和片上系統(tǒng)(SoC)。單片機是嵌入式微控制器的典型代表,內(nèi)部集成了ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時

2、/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、PWM、A/D、D/A等各種必要功能和外設(shè),具有體積小、重量輕、成本低及可靠性高的優(yōu)點。
　　 水刀技術(shù)是一種利用高壓水射流進行切割材料的設(shè)備。利用超高壓技術(shù)把普通自來水加壓到250—400Mpa壓力,然后通過內(nèi)徑約0.15-0.25mm的寶石噴嘴形成速度為800-000m/s的高速射流,從而切割材料。水刀切割設(shè)備應(yīng)用于臨床稱為醫(yī)用水刀。1990年,德國Rau將專業(yè)設(shè)計的醫(yī)用水刀應(yīng)用于

3、臨床,從此水刀在外科手術(shù)的臨床應(yīng)用越來越廣。最初,醫(yī)用水刀技術(shù)主要用于肝膽外科,如今,醫(yī)用水刀已成為一種在實質(zhì)性器官手術(shù)中重要的手術(shù)工具,逐步發(fā)展到了頜面外科、整形外科、泌尿外科、骨科、耳鼻喉科、眼科、創(chuàng)傷外科等外科領(lǐng)域。
　　 醫(yī)用水刀設(shè)備由高壓泵、無菌生理鹽水容器、手柄和吸引器等組成。醫(yī)用水刀的工作原理和工業(yè)水刀類似,就是由電動機驅(qū)動高壓泵將無菌生理鹽水以一定的壓力泵出,經(jīng)過高壓軟管到達操作手柄,然后通過手柄上細小的噴孔噴出

4、,在局部就能產(chǎn)生足夠的壓力,從而達到切割組織的目的。手柄由直徑細小的噴孔和圍在其外周的吸引器管道組成,醫(yī)用水刀工作時產(chǎn)生的廢水可通過吸引器管道排到廢水箱中,不會流向地面,保證了手術(shù)室的整潔。噴嘴的噴射壓力和負壓吸引的壓力都是可以人為控制的,無菌生理鹽水是產(chǎn)生切割作用的介質(zhì)。
　　 在醫(yī)用水刀噴出的高壓水射流作用下,人體組織結(jié)構(gòu)間隙發(fā)生膨脹,較軟地實質(zhì)性組織在較低的壓力下即可被切斷,而在同等壓力下,血管、分泌管、淋巴管及神經(jīng)等韌性

5、較強的組織可以移滑繞開而完整地保留下來或另行處理,利用兩者之間的壓力差將不同韌性和彈性的組織結(jié)構(gòu)加以選擇性解剖分離。改變壓力和流速,可以達到有選擇性的分離人體組織的目的,還可將特定組織得到最大程度的保護。
　　 醫(yī)用水刀是繼電刀、超聲刀之后問世的一種新型手術(shù)分離器械,它具有高度靈活的組織選擇性,與其他傳統(tǒng)的手術(shù)方法相比,水刀應(yīng)用在臨床上的優(yōu)勢主要有:
　　 (1)利用水的動能對人體組織進行分離,因此無任何熱損傷,不會對重

6、要臟器、周圍組織造成損傷；
　　 (2)可進行精細分離,具有高度的組織選擇性和保護性,達到精確的保護血管、神經(jīng)和管道的目的,減少了誤傷的可能性；
　　 (3)切割速度快,術(shù)中出血量少,并且避免了手術(shù)因頻繁止血而耗時過多,有效地縮短了手術(shù)時間；
　　 (4)創(chuàng)傷小、加快患者康復(fù),術(shù)后生活質(zhì)量明顯提高。
　　 隨著社會的的快速發(fā)展,創(chuàng)傷的發(fā)病率越來越高,創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)的地位顯得越來越重要。研究資料表明,創(chuàng)傷是造成青

7、壯年死亡的首要因素。尤其是遇到地震,泥石流等大的地質(zhì)災(zāi)害,會造成巨大的人員傷亡,此時大量的傷員就需要及時的進行傷口處理,否則會造成嚴重的后果。因此,創(chuàng)傷急救水平的提高是當(dāng)前創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)中的一個重要課題。清創(chuàng)術(shù)是創(chuàng)傷外科最常用的基本技術(shù)之一,它包括切開傷道、擴大傷口、切除失活組織、清除異物、止血、引流及固定等一系列操作,而創(chuàng)面清洗是清創(chuàng)術(shù)中的首要任務(wù)。對創(chuàng)面進行及時清創(chuàng),將異物、細菌徹底清除、沖凈,可以減少傷口感染,降低傷殘、死亡率,提高救治

8、效果。
　　 本文研制一種新型的水刀清創(chuàng)設(shè)備,這種新型的設(shè)備能夠同時完成清創(chuàng)術(shù)和水刀切割手術(shù)。主要是以變頻器閉環(huán)控制為核心,驅(qū)動高壓泵射出穩(wěn)定恒壓的水流。采用單片機,DSP等嵌入式系統(tǒng)元件完成水刀清創(chuàng)設(shè)備的硬件設(shè)計,用C語言完成軟件編程。顯示部分采用當(dāng)下流行的人機界面,具有方便、直觀、美觀的特點。
　　 論文研究的主要內(nèi)容如下:
　　 1.結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析醫(yī)用水刀的工作原理和特點,提出系統(tǒng)設(shè)計要求,及主要

9、研究內(nèi)容。
　　 2.對設(shè)備進行結(jié)構(gòu)分析和機械設(shè)計,確定主要部件如電動機、變頻器、柱塞泵、電磁泵、蓄能器、壓力傳感器、電磁閥、電液比例溢流閥、負壓吸引器、高壓軟管、高壓噴頭以及各種連接件的性能指標(biāo)和匹配參數(shù)。
　　 3.根據(jù)機械設(shè)計確定設(shè)備的控制系統(tǒng)。高壓部分以變頻器閉環(huán)控制電機為核心,使噴嘴射出穩(wěn)定、恒壓的水流,并適時顯示當(dāng)前工作壓力。低壓部分以電磁泵為核心,從噴槍射出穩(wěn)定的水射流進行清洗,并設(shè)計出三種形狀的噴槍以適合