人體胃腸道取樣微機器人的設計與研究

近年來，微機電系統在生物醫學方面的研究應用是國際上熱門研究話題。尤其是以色列GIVEN IMAGING公司推出的M2A膠囊胃鏡的臨床應用更是為這方面的進一步研究增加了信心。針對膠囊胃鏡不能進行鏡下活檢，而迄今為止醫學上還沒有一種能夠解決小腸無創取樣的方法，本文提出了一種體外磁控吸取式胃腸道取樣微膠囊的設計研究，它將為醫學上解決這一難題提供一種有效的途徑。 本文第二章在總結分析國內外消化道微機器人的研究現狀的基礎上，提出了一種新型的無創胃腸道取樣的總體設計方案。從研究胃腸道蠕動特性入手，微膠囊在體內運行的方式采用依靠胃腸道自然蠕動的被動驅動方式。設計了以紐扣電池為能源，依靠微電磁擋板驅動機構實現取樣小孔的啟閉，以吸附纖維為取樣執行元件的吸取式取樣微膠囊。提出了一種無線磁控定位的方法，通過在體外患處附近放置永磁鐵，控制體內膠囊取樣的開始。試驗測試表明，該微膠囊能夠較好地完成胃腸道定位取樣功能。 第三章以電磁學理論為基礎，從MAXWELL方程組的積分形式和微分形式出發分析穩定電流產生的磁場分布情況和不同磁介質界面磁場強度和磁力線的分布，從能量的角度分析計算直流通電螺線管磁場中的電磁吸力，并用ANS YS分析軟件對電磁場進行耦合分析，從理論角度分析擋板電磁驅動裝置的驅動性能，并對其進行試驗驗證。 第四章從毛細現象和表面張力的角度分析取樣執行元件的取樣原理，從理論方面定性地討論這種取樣方法的合理性。然后從接觸角、浸潤的角度分析膠囊外殼材料選擇的一個重要準則。 最后一章用試驗的方法進行結構優化設計，并測量了驅動器的驅動力，運用試驗的方法選擇合適的吸附劑，從實踐方面證實了該膠囊的取樣性能。