【摘要】：醫(yī)療縫合是一項耗時多、偏繁雜、具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。醫(yī)生在縫合過程中常常會遇到縫合空間和自由度不足等問題,特別是在縫合傷口過大和急需快速縫合的情況下,這些情況不僅會促使醫(yī)生產(chǎn)生嚴重的疲勞感進而大大降低縫合效率,同時會增大損傷軟組織的幾率。自動化縫合技術(shù)可以代替醫(yī)生進行自動手術(shù)縫合,提高縫合效率,降低損傷風(fēng)險。而自動縫合技術(shù)要求機器人能夠自動識別縫合過程中針的受力情況,以此來規(guī)劃好縫合路徑。此外,由于在縫合過程中經(jīng)常遇到縫合針變形,彎曲甚至折斷等情況,如何安全有效地操作它們,不僅要求醫(yī)生掌握足夠的縫合技能,還必須對針-軟組織之問的交互行為理解透徹。這些力學(xué)數(shù)據(jù)對于縫合針的設(shè)計和選型都有著巨大的現(xiàn)實意義和指導(dǎo)意義。通過研究國內(nèi)外相關(guān)文獻,我們利用生物力學(xué)試驗機(HY0580),選取了豬肝臟、豬皮、兔大／小腸、兔肝臟五種離體軟組織進行了多組針刺實驗,分析了微創(chuàng)手術(shù)縫合針與軟組織間交互作用行為以及影響兩者間相互作用力的因素,通過編寫MATLAB程序建立了入刺過程第一階段針刺力與針刺位移、針刺速度之間的非線性模型,揭示了縫合過程中針-組織間交互作用的一些基本規(guī)律。主要結(jié)論如下：1.縫合針刺入組織的過程可以分為兩個階段。刺破前階段為第一階段,針尖主要受到軟組織的反作用力,我們稱之為彈力。刺破后階段為第二階段,針主要受到周圍組織的切削力及其與組織問的摩擦力。其中,刺破瞬間的力,我們稱之為刺破力。刺破力的大小與針刺條件密切相關(guān)。隨著針刺速度的增大,刺破力逐漸減小,刺破時間逐漸縮短；隨著入刺角度的增大,刺破力增大；相同工況條件下,針尖截面為三角形的縫合針產(chǎn)生的刺破力大于圓形截面的縫合針；直徑越大,產(chǎn)生的刺破力越大。同時,用豬皮作為實驗樣品時,產(chǎn)生的刺破力以及彈力是豬肝臟、兔大／小腸、兔肝臟組織的十倍左右。結(jié)果表明,縫合過程中,采取不同的入針方式,會產(chǎn)生不同的交互作用效果。2.刺破第一階段,針刺力與針刺位移、針刺速度有著密切的聯(lián)系,基于最小二乘法的MATLAB建模分析,我們建立了三者問的非線性模型。模型的殘差值約為0.012,顯示較好的擬合效果,另外,我們通過比較選取的十組實測數(shù)據(jù)與由擬合模型得到的數(shù)值的差值來粗淺驗證了模型的準(zhǔn)確性。3.建立刺破前、后兩個階段的能量平衡方程,并基于能量平衡方程和特定的試驗方法,計算出針刺過程中,針尖刺破周圍軟組織所消耗的能量。加快設(shè)定的入刺速度,消耗的能量越多；同等速度和直徑條件下,三角形截面縫合針刺破組織消耗的能量明顯大于圓形截面縫合針；同等速度和截面形狀條件下,直徑越大,裂紋擴散所需的能量越大。4.基于裂紋擴散準(zhǔn)則和改進的Kelvin接觸模型驗證了相關(guān)實驗結(jié)果的正確性。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R61

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本文編號：2668570