痛风性关节炎是由于尿酸盐沉积而引起的多发病,严重影响着患病者的生活质量。目前临床上主要是利用刮匙和射频汽化仪来去除尿酸盐结晶体,但是由于去除不彻底而后又会复发。本文是利用空化射流技术来设计一种去除尿酸盐结晶体的医用水刀设备。首先,通过调研空化射流技术和医用水刀的国内外研究现状,我们发现国外已经有将空化射流技术应用到神经科和外科等医疗领域。空化射流比普通射流具有几十倍强的冲蚀效果,我们可以利用空化射流将结晶体彻底冲洗掉,同时不大量破坏人体周围的正常组织。其次,我们对空化射流清洗结晶体的机理进行了深入的分析。发现材料本身特性、淹没环境、喷嘴结构、射流压力、靶距和冲击角度对空化射流冲蚀效果具有很大的影响。而本文就是通过营造一种淹没环境,优化喷嘴结构和控制射流压力来提高空化射流冲蚀效果的。然后,我们搭建了空化射流实验系统的硬件装置,包括高压泵站、模拟人体膝盖环境的密闭容腔和负压吸引装置等。并利用了 ANSYS对喷嘴结构进行了参数化仿真,用Fluent模拟了喷嘴内部流场的情况。我们利用内窥镜来观察容腔内部的视野,并研究和实现了图像去雾的算法。接着,我们基于STM32单片机做了一个PID压力平衡控制系统。主要包括数据采集模块、STM32控制器模块、DAC输出电压模块、电气比例阀控制模块和电源模块的设计。我们在软件Keil中编写了增量式PID算法程序、ADC数据采集程序和串口通讯程序,并对PID参数进行了整定。最后,我们完成了三组空化射流冲洗实验。通过冲洗大鼠实验证明了空化射流可以在冲洗掉痛风性结节的同时而不破坏正常组织;通过冲洗鸡翅实验得出了空化射流恰好不破坏鸡翅表皮的最低射流压力;通过冲洗油漆的实验完整的演示了痛风性关节炎的手术操作过程,间接证明了所研究装置的实用性。