基于悬臂梁模型的针挠曲预测

目的分析针穿刺组织过程中的挠曲量和穿刺针受力情况,提高针穿刺精度。方法搭建包括工业相机、步进电机和光源等组成的测量设备。用针轴直径分别为1.3、0.9、0.6 mm的穿刺针进行针穿刺软组织实验,利用力传感器得到不同穿刺速度(5、10和15 mm/s)下的穿刺力,通过数字图像处理得到穿刺针的挠曲量。在分析针受力的基础上,构建预测针挠曲量的悬臂梁模型。结果利用悬臂梁模型对直径为1.3、0.6 mm穿刺针在5 mm/s速度下的挠曲量进行预测,其绝对误差小于0.5 mm,相对误差小于10%。结论所建模型能够实现对针穿刺挠曲的预测,可以为机器人辅助柔性针穿刺路径规划和避障运动提供参考。

手术针穿刺软组织建模技术研究现状

软组织穿刺在临床医学中有着越来越多的应用需求,但穿刺过程中手术针与组织的相互作用和生物组织复杂性往往会导致穿刺误差产生。本文主要从穿刺力和穿刺误差两个方面介绍了国内外手术针穿刺软组织建模技术研究现状。所有研究都表明,轴向力可以分解为多种不同类型力,如刚性力、摩擦力和切割力。穿刺的误差主要由针体挠曲和组织变形两个因素引起。当前的学者们提出了各种不同的数学和有限元模型,对穿刺过程进行了分析,以求对穿刺力和误差进行预测,优化穿刺针设计和穿刺策略,从而提高穿刺的准确率。本文还对依照当前模型提出的一些穿刺策略进行简述,从而为软组织穿刺的研究和应用提供参考。

机器人辅助柔性针穿刺路径的悬臂梁预测模型

路径操控技术是机器人辅助柔性针穿刺的重要技术之一。软组织变形、多层软组织相对滑移和针挠曲是引起靶点位置移动,降低穿刺精度的3个主要原因。该文在研究针受力的基础上,利用柔性针挠曲规律提出了一种预测穿刺路径的悬臂梁模型,通过准静态过程将柔性针分为有限段并将每段都视为一个悬臂梁,从而建立起三维空间中针体路径预测算法。仿真实验表明,该模型能够实现柔性针路径预测功能,为机器人辅助柔性针穿刺路径规划和避障运动提供了理论基础。