柔性針穿刺軟組織的力學建模及變形測量.pdf

1、本文以機器人輔助經皮穿刺手術為研究對象,詳細討論了穿刺針與軟組織的相互作用機理。對穿刺力模型以及影響因素進行分析,并對穿刺針變形進行了理論分析與實驗驗證。穿刺力機理研究有助于提高經皮穿刺軟組織微創(chuàng)手術的準確性。柔性針與軟組織相互作用的影響因素分析對穿刺針設計的改善、經皮穿刺手術進針策略的優(yōu)化以及手術模擬系統(tǒng)的研發(fā)提供了理論基礎。
　　為準確表達軟組織與穿刺針之間的交互機理,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。基于彈性接觸力學理論,提出了硬度力的預測模型;采用改進的Winkler地基梁模型對摩擦力進行了模擬與分析;整個穿刺過程中,切割力被視為與穿刺介質相關的特定常數?；诮佑|力與改進Winkler地基梁模型,利用軟組織與穿刺針的實測力學參數(如:彈性模量、泊松比等)和幾何參數(如:針的外徑、針尖斜角等)建立穿刺力的完整力學模型。通過穿刺實驗對力學模型進行了有效性驗證,實驗結果表明文中提出的完整力學模型很好的吻合實驗數據。

3、　　柔性針與軟組織的相互作用極其復雜且相互影響因素數量龐雜,本文根據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生變形,進而產生穿刺誤差。為實現精確穿刺,測量并計算出柔性針的變形幅值是具有必要性的。本