發(fā)布時間：2021-11-06 03:31

　　套管柔性針作為柔性針的一個重要分支,與其他傳統(tǒng)的柔性針相比,在針體路徑矯正、穿刺靈活性以及斜尖轉角控制精度等方面具有巨大的優(yōu)勢。為深入研究套管柔性針穿刺機理,建立基于有限元的穿刺彎曲模型。分析軟組織的生物力學特性,建立了精確的軟組織模型;對套管柔性針穿刺軟組織進行受力分析,建立力學模型;在力學模型的基礎上,建立套管柔性針穿刺軟組織的彎曲模型,進行仿真研究。最后通過實驗得到穿刺力-時間曲線和針彎曲變形曲線,并與仿真曲線進行比較。結果表明,仿真結果符合實驗穿刺力的變化趨勢,系統(tǒng)彎曲誤差在2 mm以內(nèi),滿足醫(yī)學上的要求,驗證了套管柔性針穿刺軟組織的力學模型以及彎曲模型的正確性和合理性,為路徑規(guī)劃及控制奠定理論基礎。 

【文章來源】：儀器儀表學報. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

應力與應變

在仿真過程中,需要構建合適模型以反映軟組織的生物特性。一般情況下是采用施加的壓力及其產(chǎn)生的應變之間的關系來進行描述。當振幅很小時,活體組織會表現(xiàn)出黏性和彈性的性質(zhì)。在實際的穿刺手術中,組織變化的情況很復雜,純黏彈性的模型的假設已經(jīng)不再適用,且在穿刺過程中會伴隨其他的現(xiàn)象出現(xiàn),如摩擦作用、滲透作用等,造成很多難以測量的物理幾何參數(shù),導致難以建立相應的模型。因此,需要尋求一個近似的模型來進行仿真。在ABAQUS軟件中,采用Gosline和Hayward提出的模型,如圖2所示,該模型是在并聯(lián)的彈簧與阻尼器的基礎上增加了一個非線性的單元,來近似表示實際的軟組織所具有的黏性、彈性和滑性。當柔性針進去組織時,滑動占主導作用,由滑動速度決定模型的行為。2 針穿刺軟組織力學建模

式中:α為針尖角度;Ft為作用在針尖斜面上的摩擦力;Fc是作用在套管針上的切割力;L是套管針長度;F外以及力矩M通過六維力/力矩傳感器測得。2)套管針在組織中運行階段。如圖4所示,針受到切割力(側向力)Fc、摩擦力Fn、抵抗力Fs的作用。由于套管的存在,本文不考慮扭轉的情況。通過受力分析,可以得到平衡方程如下:


本文編號：3479079