隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展被國家所高度重視,虛擬手術(shù)系統(tǒng)逐漸被人們接受認(rèn)可并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。目前市面上的虛擬手術(shù)系統(tǒng)由于生物力學(xué)的復(fù)雜程度高而鮮少配備有良好的力觸覺反饋,力反饋的不準(zhǔn)確甚至缺失使得虛擬手術(shù)系統(tǒng)缺乏真實臨場感,導(dǎo)致其對醫(yī)生教學(xué)訓(xùn)練效果欠佳。為解決此問題,本文主要研究了生物組織的按壓及穿刺力學(xué)建模。本研究從按壓及穿刺力學(xué)實驗入手,首先利用Quanser-DENSO機械臂與ATI六維力/力矩傳感器搭建了一個生物力學(xué)實驗數(shù)據(jù)采集平臺。為全面分析按壓與穿刺力變化影響因素,基于基礎(chǔ)力學(xué)分析及控制變量法設(shè)計并進行大量對比、類比實驗,收集所需數(shù)據(jù)。接著將按壓實驗數(shù)據(jù)分加載、松弛、卸載三階段逐一對比作圖,分析各階段力變化的關(guān)鍵影響因素,并用SPSS相關(guān)分析進行結(jié)論正確性檢驗。基于分析結(jié)論建立了針對按壓力的新式分段函數(shù)擬合模型,并將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法引入生物力學(xué)建模,結(jié)合分段函數(shù)思想,提出一種分段神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物力學(xué)建模算法。利用豬腎按壓實驗數(shù)據(jù)對兩種建模算法進行建模準(zhǔn)確性校驗與泛化測試,對比評估兩種算法的優(yōu)劣。然后基于穿刺實驗數(shù)據(jù),分預(yù)穿刺、刺入、松弛、回拔四階段對穿刺過程針受力變化進行詳細(xì)力學(xué)分析,... 

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 生物組織粘彈性模型研究現(xiàn)狀
        1.2.2 生物組織穿刺力建模研究現(xiàn)狀
        1.2.3 應(yīng)用于虛擬手術(shù)系統(tǒng)的力學(xué)模型
    1.3 論文主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
第2章 生物力學(xué)特性與粘彈性模型
    2.1 生物力學(xué)基本特性
    2.2 粘彈性材料的蠕變與松弛
        2.2.1 兩個基本元件
        2.2.2 蠕變
        2.2.3 松弛
    2.3 常見粘彈性模型及其本構(gòu)方程
        2.3.1 Maxwell模型
        2.3.2 Kelvin模型
        2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型(SLS模型)
        2.3.4 廣義Maxwell模型與廣義Kelvin模型
    2.4 本章小結(jié)
第3章 實驗平臺搭建與實驗設(shè)計
    3.1 實驗平臺搭建
    3.2 擠壓實驗設(shè)計
        3.2.1 實驗材料準(zhǔn)備
        3.2.2 實驗分組與設(shè)計思路
        3.2.3 實驗操作步驟
    3.3 穿刺實驗設(shè)計
        3.3.1 實驗分組與設(shè)計思路
        3.3.2 實驗操作步驟
    3.4 本章小節(jié)
第4章 生物組織按壓力分析與建模
    4.1 力影響因素分析
    4.2 函數(shù)擬合法建模
        4.2.1 應(yīng)力加載階段
        4.2.2 應(yīng)力松弛階段
        4.2.3 應(yīng)力卸載階段
    4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建模
        4.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述
        4.3.2 分段神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)力學(xué)建模算法設(shè)計
        4.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模結(jié)果與評估
    4.4 本章小節(jié)
第5章 生物組織穿刺力分析與建模
    5.1 生物組織穿刺過程力學(xué)分析
    5.2 力影響因素分析
    5.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建模
        5.3.1 分段神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)力學(xué)建模算法設(shè)計
        5.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模結(jié)果與評估
    5.4 推廣式KNN力學(xué)建模算法
    5.5 三種力學(xué)建模方法的對比分析
    5.6 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 進一步工作的方向
致謝
參考文獻
攻讀學(xué)位期間的研究成果



本文編號：3668266