基于人工肌肉的直接心脏辅助装置研究

发布时间：2017-05-24 08:07

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【摘要】：摘要：扩张型心肌病,是一种严重的心脏疾病,是导致心脏衰竭的主要原因之一。它的主要特征是患者的左心室或者右心室明显变大,心脏收缩无力。论文的主要目的是研究出一种基于人工肌肉的心脏辅助装置,帮助心脏进行收缩,从而达到治疗扩张型心肌病的目的。 本文所选用的人工肌肉为日本Toki公司的BioMetal Helix系列(BMX),是一种NiTi形状记忆合金绕成的螺旋弹簧。本文着重分析其在实际应用过程中表现出来的力学特性。设计实验对其参数进行测量,运用测力计以及推拉力计测试机台等装置分别进行了稳定状态下的测量实验与动态测量实验。最终结果表明,当BMX的通电电流一定时,BMX产生的拉力与长度变化比之间的关系曲线可等效为一条直线,而直线斜率即为等效弹性系数。等效弹性系数随着初始电流的增加而增加,但是增加的过程分为三个区域,呈折线形式。之后,我们将BMX应用到自主设计的心脏辅助装置与体感指环中,并对它们进行测试,均得到理想结果。 文中运用实验中所用到的稳态测量方法与动态测量方法,探讨了BMX在实际应用过程中所产生的力学特性,并尽可能运用简单的弹簧模型来对其进行描述。最终根据测量时BMX表现出来的力学特性以及其本身的结构特点,设计出较有效的心脏辅助装置以及体感指环。本文为后人使用BMX提供了一定的参考,让大家对BMX的特性有直观的了解。
【关键词】：扩张型心肌病 人工肌肉 BMX 力学特性 心脏辅助装置 体感指环
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.11;R542.2
【目录】：

• 摘要3-4
• 英文摘要4-6
• 目录6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 课题背景9-12
• 1.1.1 扩张型心肌病9
• 1.1.2 现有外科治疗手段9-11
• 1.1.3 现状分析11-12
• 1.2 直接心脏辅助装置12-16
• 1.2.1 气动型直接心脏辅助装置12
• 1.2.2 人工肌肉12-16
• 1.3 形状记忆合金16-18
• 1.3.1 形状记忆效应16-18
• 1.3.2 SMA螺旋弹簧18
• 1.4 BMX简介18-20
• 1.4.1 BMX的特征18-19
• 1.4.2 不同BMX型号间的参数比较19-20
• 1.5 本文的主要研究工作20-21
• 第二章 直流驱动下BMX的特性研究21-40
• 2.1 背景21-22
• 2.2 理论模型22-25
• 2.2.1 普通弹簧22-23
• 2.2.2 SMA螺旋弹簧23-25
• 2.3 稳定状态下的测量实验25-30
• 2.3.1 测量装置25-26
• 2.3.2 实验步骤26-27
• 2.3.3 实验结果27-29
• 2.3.4 结果分析29-30
• 2.4 BMX的动态测量实验30-34
• 2.4.1 NDI Polaris光学定位跟踪系统30-31
• 2.4.2 实验步骤31
• 2.4.3 实验结果31-34
• 2.4.4 结果分析34
• 2.5 结果与讨论34-38
• 2.5.1 稳态测量与动态测量35
• 2.5.2 温度与电流对BMX力学特性的影响对比35-36
• 2.5.3 探讨等效弹性系数的三个区域36-37
• 2.5.4 不同长度BMX的结果的对比37-38
• 2.6 本章小结38-40
• 第三章 基于BMX的直接心脏辅助装置40-51
• 3.1 研究背景40-44
• 3.1.1 NiTi记忆合金丝型心脏辅助装置40-42
• 3.1.2 BMX用于心肌成形术42-43
• 3.1.3 分析43-44
• 3.2 装置模型44-48
• 3.2.1 人工肌肉单元44-47
• 3.2.2 心脏辅助装置模型实验47-48
• 3.3 实验结果48-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 基于BMX的其他应用51-63
• 4.1 研究背景51
• 4.2 基于SMA螺旋弹簧的应用举例51-56
• 4.2.1 类似于线虫的小型爬行机器人51-53
• 4.2.2 触角状结构53-54
• 4.2.3 机器人手臂的设计54-56
• 4.3 基于BMX的体感指环设计56-61
• 4.3.1 背景56
• 4.3.2 体感指环系统整体框架56-57
• 4.3.3 体感指环系统的具体介绍57-61
• 4.3.4 体感指环效果测试61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 全文总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 硕士研究生期间主要工作及相关成果71-74

【参考文献】

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本文编号：390179