Dezvoltarea proiectării proiectului pentru sistemul de control al magnetilor capsulei endoscopice fără fir biomedicale și

Dezvoltarea proiectării proiectului pentru sistemul de control magnetic al capsulei endoscopice fără fir

DM Mihaylov, GN Lebedev, TR Khabibullin, AF Shayakov, ES Zharikov, AO Anpilogov, VB Kholyavin, MN Yokhin

Universitatea Națională de Cercetare Nucleară „MEPhI” (Institutul de Fizică Inginerie din Moscova), autostrada Kashirskoe, 31, 115409, Moscova, Federația Rusă

Abstract

Sistemele de control pentru capsule endoscopice fără fir joacă un rol foarte important, deoarece ajută la oprirea capsulei în partea exactă a sistemului digestiv al pacientului pentru o examinare mai detaliată. Această lucrare tratează proiectarea proiectului pentru sistemul de control al magnetului capsulei endoscopice fără fir. Sunt prezentate calculele pentru două secțiuni diferite ale bobinei (pătrat și dreptunghiular). Se face analiza utilizării sârmei de cupru și a tuburilor de cupru pentru sistemul de control. Dezvoltările anterioare diferă de prezentul articol despre sistemul de control al capsulei endoscopice, care este controlat de câmpul magnetic extern. O abordare, prezentată în articol, ajută la asigurarea unei schimbări mai precise și mai rapide a câmpului magnetic, în timp ce toleranța la erori a sistemului crește.

Cuvinte cheie

capsula endoscopica; sistem de control; câmp magnetic; bobina; tub de cupru; sârmă de cupru

Mikhaylov DM, Lebedev GN, Khabibullin TR, Shayakov AF, Zharikov ES, Anpilogov. A. O, Kholyavin V. B, Yokhin M. N. Dezvoltarea proiectării proiectului pentru sistemul de control al magnetului capsulei endoscopice fără fir. Biomed Pharmacol J 2015; 8 (1)

Introducere

În prezent, o mulțime de atenție este acordată sistemelor de control a capsulelor endoscopice fără fir, deoarece acestea ajută la oprirea capsulei în partea exactă a sistemului digestiv pentru o examinare mai detaliată. Există diferite abordări de control, de exemplu, în [1] este descrisă o capsulă expandabilă din polimer electroactiv, care își schimbă dimensiunea atunci când se aplică curent electric. Dar sistemele de control sunt adesea construite pe baza utilizării câmpului magnetic.

Sistemele magnetice pentru controlul capsulelor endoscopice fără fir sunt descrise în multe revendicări (descrieri) de brevete și articole științifice. De exemplu, Sun și colab. descrieți aplicațiile multiple ale unei configurații magnetice în acționarea endoscopului fără capsule [2]. Lien și colab. propuneți un sistem de control magnetic al endoscopului capsulei [3]. Wakefield povestește despre endoscopia capsulei cu propulsie magnetică pentru examinarea medicală și tratamentul tractului gastro-intestinal, al tractului reproductiv, traheei, plămânilor, sistemului vascular sau a oricărei cavități corporale accesibile [4]. Kim și colab. prezintă un endoscop cu capsulă magnetică modificat care poate fi fixat în interiorul stomacului și pentru a monitoriza motilitatea gastrică [5].

Metodele descrise diferă de cea descrisă în acest articol. Soluția dezvoltată ajută la asigurarea unei schimbări mai precise și mai rapide a câmpului magnetic (în acest caz distribuția câmpului magnetic poate fi stabilă și poate garanta că capsula se va deplasa în direcția necesară și cu viteza necesară), toleranța la erori a sistemului crește.

Dezvoltarea sistemului de control ar trebui să se bazeze pe rezultatele modelării numerice detaliate și a creării de prototipuri, care ajută la verificarea rezultatelor modelării, la lucrul în practică a abordărilor dezvoltate pentru emiterea rezoluției și formarea specificațiilor tehnice generale pentru sistem.

Materiale și metode

Pentru a evalua parametrii eșantionului bobinei, este necesar să se estimeze câmpurile și gradienții de câmp necesari pentru crearea eforturilor și momentelor, care pot deplasa și roti bobina. În acest scop au fost făcute estimări analitice preliminare. Pentru a rezolva problema la început, este necesar să rezistați la mișcarea capsulei pentru a simula mișcarea în intestin. În al doilea rând, în prima etapă este convenabil să compensați gravitația pentru a lua în considerare doar interacțiunea dintre câmpul magnetic și rezistența la mediu. De aceea, în această etapă este mai preferabil să puneți capsula cu un lichid gros, cum ar fi glicerina. Astfel, pentru a evalua puterea necesară pentru mișcarea capsulei, sa considerat că poate fi comparată cu forța de frecare groasă din lichid [6]:

unde d este un diametru al capsulei egal cu 0,012 m, viteza de mișcare (ν) este egală cu 10 mm/sec (această viteză este suficientă pentru a se deplasa prin tractul de 4-5 m pentru o perioadă rezonabilă de timp), η - vâscozitatea dinamică a lichidului.

Mijloace, pentru glicerină cu vâscozitate 1480 * Pa * secat o temperatură de 20 ° С forța de frecare va fi:

Ffr = 3 * 3,14 * 0,012 (m) * 0,01 (m/sec) * 1480 * (Pa * sec) = 1,67 * H = 0,167 g.wt

Să presupunem că o anumită valoare prag a forței este egală cu 0,2 g.wt.Pentru a determina momentul limită de centrifugare produs de câmpul magnetic, să evaluăm momentul unui cuplu pentru forța de frecare, să evaluăm momentul unui cuplu pentru frecare pentru a afecta capsula, care se rotește în jurul axei perpendiculare pe axa de simetrie:

unde L este lungimea capsulei, astfel:

Acum, pentru valorile limită evaluate ale forței și momentului, să calculăm parametrii bobinelor. Luați în considerare faptul că volumul de lucru, unde va fi plasată capsula, este un cub de 200 mm pe o parte. Deoarece a fost necesară evaluarea preliminară a parametrilor bobinelor, presupunem o bobină cu o rotație circulară cu curentul.

Câmpul axei de rotație circulare depinde de distanța de la centrul de rotație [7]:

Să facem o diagramă a acestei dependențe pentru caz, când bobina este înregistrată. În Fig. 1 dependența coeficientului înainte de μ0I/R 2 de la distanța de-a lungul axei Z între bobine în unități de raza bobinei; o rotație este alimentată cu curent și este situată în coordonata -1 a razei bobinei.

Pentru a determina caracteristicile de putere ale bobinei, este necesar să se ia în considerare cea mai mică forță care influențează un dipol. Această forță influențează dipolul plasat în cel mai îndepărtat punct de la bobina de „tragere” cu cel mai mic gradient la distanța a două raze ale bobinei. Gradientul zero în centrul virajului nu a fost luat în considerare, deoarece acest punct este plasat cu bună știință în afara zonei de lucru.

A fost stabilit un moment magnetic suplimentar pentru magnet. Magnetul plasat în interiorul capsulei va fi luat în considerare în aproximarea dipolului magnetic cu momentul magnetului și va fi calculat conform formulei:

unde Br este o inducție magnetică remanentă a magnetului N38 egală cu 1,25 T și V este volumul magnetului, prin urmare, momentul magnetului este egal cu: