用于心臟微創(chuàng)手術(shù)的觸覺傳感器與接觸模型研究
本文關(guān)鍵詞:用于心臟微創(chuàng)手術(shù)的觸覺傳感器與接觸模型研究
更多相關(guān)文章: 觸覺傳感器 接觸模型 剪切模量 蠕變?nèi)崃?/b> 松弛模量
【摘要】:在臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐當(dāng)中,微創(chuàng)手術(shù)(MIS)憑借其突出的優(yōu)點(diǎn)——?jiǎng)?chuàng)傷小、術(shù)后感染風(fēng)險(xiǎn)低、恢復(fù)快等已受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。它正逐漸地改變著現(xiàn)有的醫(yī)療手段并提高了當(dāng)前的醫(yī)療水平。然而,當(dāng)外科醫(yī)生執(zhí)行微創(chuàng)手術(shù)的時(shí)候,由于缺少必要的觸覺反饋信息,這將可能會(huì)導(dǎo)致病人體內(nèi)健康軟組織遭到醫(yī)療器械的破壞,甚至?xí)斐筛鼑?yán)重的醫(yī)療事故。因此,觸覺反饋信息的匱乏已然成為微創(chuàng)手術(shù)發(fā)展的最大障礙。本文以適用于心臟微創(chuàng)手術(shù)為目標(biāo),以心臟二尖瓣膜閉合不全經(jīng)皮導(dǎo)管介入微創(chuàng)手術(shù)為應(yīng)用對(duì)象,設(shè)計(jì)了一種用于心臟微創(chuàng)手術(shù)的觸覺傳感器。所設(shè)計(jì)的傳感器帶有圓錐形內(nèi)凹面,同時(shí)凹面上均勻布置著壓阻材料。為了分析傳感器與心臟肌肉組織間的接觸數(shù)學(xué)模型,首先研究了粘彈性材料的建模方式,選用廣義Kelvin模型建立了豬心臟肌肉組織的本構(gòu)模型;在建立了傳感器與彈性體的接觸模型之后,根據(jù)彈性-粘彈性對(duì)應(yīng)原理,確定了觸覺傳感器與粘彈性體之間的接觸模型;為使該接觸問題的有限元仿真更加合理、準(zhǔn)確,對(duì)松弛模量與蠕變?nèi)崃哭D(zhuǎn)換方法進(jìn)行研究,獲得了豬心臟肌肉組織粘彈性模型的相關(guān)Prony參數(shù);選用ABAQUS軟件對(duì)該接觸問題進(jìn)行仿真驗(yàn)證,證明了理論模型的準(zhǔn)確性;最后,選用五種硅膠材料,對(duì)本文研究的觸覺傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過對(duì)四種測(cè)試結(jié)果的比較,確定了傳感器的有效性與本研究的可行性。本文所設(shè)計(jì)的用于心臟微創(chuàng)手術(shù)的觸覺傳感器特色在于能夠辨別軟組織間相對(duì)硬度的同時(shí)還能夠測(cè)量被測(cè)軟組織的剪切模量,這為探測(cè)器官內(nèi)部組織是否發(fā)生病變提供了一定的預(yù)測(cè)功能;采用的接觸模型建立方法同樣適用于其他形狀內(nèi)凹面與粘彈性體(彈性體)接觸模型的建立;對(duì)肌肉軟組織有限元仿真的方法較傳統(tǒng)的用橡膠類材料替代的方法更加合理、準(zhǔn)確,該方法對(duì)此類仿真研究有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】:觸覺傳感器 接觸模型 剪切模量 蠕變?nèi)崃?/strong> 松弛模量
【學(xué)位授予單位】:南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:R654.2;TP212
【目錄】:
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-12
- 注釋表12-13
- 縮略詞13-14
- 第一章 緒論14-24
- 1.1 研究背景及意義14-18
- 1.1.1 微創(chuàng)手術(shù)在心血管疾病治療中的應(yīng)用14-15
- 1.1.2 觸覺信息的重要性15-16
- 1.1.3 微創(chuàng)手術(shù)發(fā)展的障礙16-17
- 1.1.4 研究目的及意義17-18
- 1.2 觸覺傳感器研究現(xiàn)狀18-22
- 1.2.1 機(jī)器人用觸覺傳感器研究現(xiàn)狀18-20
- 1.2.2 醫(yī)用觸覺傳感器研究現(xiàn)狀20-22
- 1.3 本文研究?jī)?nèi)容22-24
- 第二章 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與心臟肌肉組織模型建立24-37
- 2.1 引言24
- 2.2 觸覺傳感器描述24-27
- 2.2.1 傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-25
- 2.2.2 傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)25-26
- 2.2.3 傳感器在介入導(dǎo)管上的布置26-27
- 2.2.4 傳感器外殼選材及加工方法27
- 2.3 經(jīng)典粘彈性模型類型選擇27-29
- 2.4 針對(duì)心臟肌肉組織的廣義模型29-32
- 2.4.1 三參量固體模型及其蠕變行為討論29-31
- 2.4.2 廣義Kelvin模型及其復(fù)數(shù)柔量推導(dǎo)31-32
- 2.5 心臟肌肉組織模型確定32-35
- 2.5.1 肌肉組織樣本數(shù)據(jù)獲取32-33
- 2.5.2 模型參數(shù)辨識(shí)33-35
- 2.5.3 豬心臟左心室肌肉組織模型建立35
- 2.6 本章小結(jié)35-37
- 第三章 心臟肌肉組織有限元模型分析37-50
- 3.1 引言37
- 3.2 松弛模量與蠕變?nèi)崃哭D(zhuǎn)換法37-44
- 3.2.1 頻域轉(zhuǎn)換法37-39
- 3.2.2 時(shí)域轉(zhuǎn)換法39-40
- 3.2.3 基于Volterra算子轉(zhuǎn)換方法40-42
- 3.2.4 內(nèi)部變量法42-44
- 3.3 誤差分析44-46
- 3.3.1 誤差定義44
- 3.3.2 PMMA材料的蠕變?nèi)崃颗c松弛模量轉(zhuǎn)換44-46
- 3.3.3 誤差概率分布分析結(jié)果46
- 3.4 肌肉組織松弛模量與蠕變?nèi)崃恐g轉(zhuǎn)換46-48
- 3.5 材料仿真驗(yàn)證48-49
- 3.6 本章小結(jié)49-50
- 第四章 傳感器接觸模型建立及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化50-64
- 4.1 引言50
- 4.2 接觸模型建立與分析50-60
- 4.2.1 接觸問題研究類型50-51
- 4.2.2 傳感器與彈性體接觸模型建立51-59
- 4.2.3 傳感器與粘彈性體接觸模型建立與分析59-60
- 4.3 傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化60-62
- 4.4 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)參數(shù)確定及其接觸性能分析62-63
- 4.5 本章小結(jié)63-64
- 第五章 傳感器仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證64-84
- 5.1 引言64
- 5.2 傳感器仿真分析64-69
- 5.2.1 仿真軟件介紹64
- 5.2.2 仿真模型建立64-66
- 5.2.3 仿真結(jié)果分析66-69
- 5.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備69-74
- 5.3.1 傳感元件設(shè)計(jì)69-70
- 5.3.2 傳感元件檢測(cè)70-72
- 5.3.3 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)72-73
- 5.3.4 電路設(shè)計(jì)73-74
- 5.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證74-83
- 5.4.1 傳感器組裝74-75
- 5.4.2 實(shí)驗(yàn)方案75-76
- 5.4.3 人為觸覺測(cè)試76-77
- 5.4.4 相對(duì)硬度實(shí)驗(yàn)77-81
- 5.4.5 材料剪切模量時(shí)間離散值估算實(shí)驗(yàn)81-83
- 5.5 本章小結(jié)83-84
- 第六章 總結(jié)與展望84-86
- 6.1 主要研究工作與創(chuàng)新點(diǎn)84-85
- 6.2 不足及展望85-86
- 參考文獻(xiàn)86-92
- 致謝92-93
- 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93
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,本文編號(hào):628326
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