斜尖柔性针穿刺软组织受力建模及测量方法研究

斜尖柔性针穿刺软组织的受力分析与建模是研究柔性针弯曲变形的基础,然而柔性针受力十分复杂,目前并无完善、系统的受力模型。针对这一问题,对柔性针的受力进行系统地分析,将受力建模为切割反力、夹紧力、夹紧摩擦力、组织抵抗力、抵抗摩擦力、支持力及支撑摩擦力等,并给出了各受力之间的联系,建立起统一的受力系统。提出带有入针支撑的斜尖柔性针穿刺方式和受力的测量方法,采用单维力传感器与六维力传感器相结合的方法实现部分受力的解耦测量,并通过实验数据解算未知力,得到了所有建模力的结果。为下一步基于力学的柔性针弯曲建模奠定了理论和实验基础。

基于正向运动学的穿刺针半径拟合模型

为了明确穿刺针在不同组织中的偏转半径,文中使用不同型号的穿刺针对PVA假体组织及动物组织进行穿刺,并使用CCD相机与B超仪对穿刺图像进行采集;对采集到的图像运用半径拟合模型来对偏转半径进行计算,采用运动学模型对拟合出的半径值进行仿真轨迹验证。结果表明:由最小二乘法得到的半径值偏差小于7%,具有较好的稳定性,实验中所得到的针体轨迹与使用半径拟合值得到的仿真轨迹之间的误差均小于10%。本实验建立的半径拟合模型对针体的半径拟合结果具有较高的准确度及实用性。