柔性針穿刺軟組織的力學(xué)建模及變形測量.pdf

1、本文以機(jī)器人輔助經(jīng)皮穿刺手術(shù)為研究對象,詳細(xì)討論了穿刺針與軟組織的相互作用機(jī)理。對穿刺力模型以及影響因素進(jìn)行分析,并對穿刺針變形進(jìn)行了理論分析與實驗驗證。穿刺力機(jī)理研究有助于提高經(jīng)皮穿刺軟組織微創(chuàng)手術(shù)的準(zhǔn)確性。柔性針與軟組織相互作用的影響因素分析對穿刺針設(shè)計的改善、經(jīng)皮穿刺手術(shù)進(jìn)針策略的優(yōu)化以及手術(shù)模擬系統(tǒng)的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。
　　為準(zhǔn)確表達(dá)軟組織與穿刺針之間的交互機(jī)理,并解決穿刺力模型的泛化問題,本文將穿刺力分為:硬度力、摩擦

2、力以及切割力。基于彈性接觸力學(xué)理論,提出了硬度力的預(yù)測模型;采用改進(jìn)的Winkler地基梁模型對摩擦力進(jìn)行了模擬與分析;整個穿刺過程中,切割力被視為與穿刺介質(zhì)相關(guān)的特定常數(shù)?；诮佑|力與改進(jìn)Winkler地基梁模型,利用軟組織與穿刺針的實測力學(xué)參數(shù)(如:彈性模量、泊松比等)和幾何參數(shù)(如:針的外徑、針尖斜角等)建立穿刺力的完整力學(xué)模型。通過穿刺實驗對力學(xué)模型進(jìn)行了有效性驗證,實驗結(jié)果表明文中提出的完整力學(xué)模型很好的吻合實驗數(shù)據(jù)。

3、　　柔性針與軟組織的相互作用極其復(fù)雜且相互影響因素數(shù)量龐雜,本文根據(jù)它們作用對象的不同分為三種類型:穿刺針幾何形狀、軟組織類型、穿刺方法。針對上述的影響因素,設(shè)計一系列實驗去探討它們對穿刺力的影響程度及其變化規(guī)律。除此之外,通過穿刺過程的微觀觀察,從微觀角度闡述穿刺針與軟組織相互作用機(jī)理。
　　偏角柔性針在穿刺過程中由于作用在針尖處受力不均而產(chǎn)生變形,進(jìn)而產(chǎn)生穿刺誤差。為實現(xiàn)精確穿刺,測量并計算出柔性針的變形幅值是具有必要性的。本