斜尖针穿刺软组织建模及针尖轨迹预测

摘要：

在经皮穿刺过程中,当带斜尖的针穿刺软组织时,针与其周围组织相互作用,导致针体产生弯曲变形,针尖偏离预定方向,进而直接影响穿刺手术的定位精度.将针穿刺软组织的过程视为准静态过程,并进行离散化,建立针-组织相互作用模型.在该模型中,考虑到软组织的非线性与各向异性,将针视为由一系列非线性弹簧支撑的悬臂梁,且各点的弹簧刚度彼此不同.建立针-组织相互作用中的摩擦力及切割力模型,借助于穿刺实验,将穿刺力分解为摩擦力和切割力,进而获得力模型中的各个参数.基于虚拟非线性弹簧模型和穿刺力模型,根据最小势能原理,采用瑞利-里兹法预测针的偏转,进而获得进针过程中针尖的轨迹.仿真及实验结果表明,该模型能够精确地预测针尖位置,为穿刺路径规划提供理论依据.

关键词：针穿刺、针-组织相互作用、针偏转、悬臂梁、非线性弹簧

所属期刊栏目：36

分类号：TP242;TH703(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金项目51305107;黑龙江省自然科学基金项目E201448;黑龙江省教育厅科学技术研究项目12531122

在线出版日期：2015-10-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1744-1751