針穿刺軟組織實驗與穿刺力力學(xué)建模系統(tǒng)

針穿刺軟組織實驗與穿刺力力學(xué)建模系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過針穿刺軟組織材料,得出針穿刺軟組織過程中穿刺力隨位移變化的數(shù)據(jù),厚度信息及耐滲透性和穿刺過程摩擦力系數(shù)測試分析,集成拉壓扭彎曲扭力摩擦3D壓痕厚度電位功能

多功能組織材料生物力學(xué)特性、電位分布測試分析表征系統(tǒng)

之針穿刺軟組織實驗與穿刺力力學(xué)建模

通過針穿刺軟組織，得出針穿刺軟組織過程中穿刺力隨位移變化的數(shù)據(jù)、厚度信息以及耐滲透性測試和穿刺過程摩擦力系數(shù)測試分析。

 隨著軟組織針穿刺過程在臨床醫(yī)學(xué)手術(shù)中越來越多的應(yīng)用，對于穿刺手術(shù)的精度和成功率要求也不斷提高。軟組織針穿刺過程中軟組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)形變和穿刺針針尖軌跡變化，往往會影響穿刺過程的精度和有效性。因此建立一種軟組織針穿刺變形測量及顯示系統(tǒng)具有十分重要的意義。

當(dāng)針穿刺軟組織時,針與其周圍組織相互作用,導(dǎo)致針體產(chǎn)生彎曲變形(撓曲),針尖偏離預(yù)定方向,進(jìn)而直接影響穿刺手術(shù)的定位精度.將針穿刺軟組織的過程視為準(zhǔn)靜態(tài)過程,并進(jìn)行離散化,建立針-組織相互作用模型.在該模型中,考慮到軟組織的非線性與各向異性,將針視為由一系列非線性彈簧支撐的懸臂梁,且各點的彈簧剛度彼此不同.建立針-組織相互作用中的摩擦力及切割力模型,借助于穿刺實驗,將穿刺力分解為摩擦力和切割力,進(jìn)而獲得力模型中的各個參數(shù).基于虛擬非線性彈簧模型和穿刺力模型,根據(jù)小勢能原理,采用瑞利-里茲法預(yù)測針的偏轉(zhuǎn),進(jìn)而獲得進(jìn)針過程中針尖的軌跡.仿真及實驗結(jié)果表明,該模型能夠地預(yù)測針尖位置,為穿刺路徑規(guī)劃提供理論依據(jù).

耐滲透性測試涉及將探針（通常是針或圓錐形）插入材料中。 對于薄的柔性材料，耐滲透性是重要的終使用性能參考，其中鋒利的產(chǎn)品會損壞包裝材料。 各種參數(shù)會影響對滲透的響應(yīng)，例如 膜厚，機械性能，穿透速度，探頭尺寸和形狀。

撓曲測試：

懸臂彎曲（或撓曲）測試表征了一個長樣本的行為（一個維度只占其他兩個維度的十分之一）。在這種特定情況下，在垂直于其縱軸的一端施加外力，而另一端固定。該測試配置在評估材料的彎曲和撓曲特性時特別有用。在此設(shè)置中，不是通過壓頭的位移直接施加力（Fz），而是旋轉(zhuǎn)樣品的底部，以使樣品的末端推向平坦的壓頭（位于Fz）。扁平壓頭連接到位于上方的稱重傳感器，并記錄力（Fz）。位移（以度為單位）和載荷的同步記錄用于生成“力與角位移”形式的曲線。這種懸臂設(shè)置在材料的凹面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，在材料凸面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力（在加載過程中）。理論上，破壞是從頂表面（在拉伸狀態(tài)）發(fā)生的，在該表面上大量的反應(yīng)力矩會通過向下傳播的裂紋產(chǎn)生拉伸破壞。與三點彎曲測試相比，這種懸臂結(jié)構(gòu)對于橫截面不均勻的樣本或通常僅從一端抓取的長樣本非常有用