針穿刺軟組織實驗與穿刺力力學建模系統(tǒng)

針穿刺軟組織實驗與穿刺力力學建模系統(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)學手術中越來越多的應用，對于穿刺手術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)部結構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。

當針穿刺軟組織時,針與其周圍組織相互作用,導致針體產(chǎn)生彎曲變形(撓曲),針尖偏離預定方向,進而直接影響穿刺手術的定位精度.將針穿刺軟組織的過程視為準靜態(tài)過程,并進行離散化,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-里茲法預測針的偏轉,進而獲得進針過程中針尖的軌跡.仿真及實驗結果表明,該模型能夠地預測針尖位置,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，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。在此設置中，不是通過壓頭的位移直接施加力（Fz），而是旋轉樣品的底部，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。這種懸臂設置在材料的凹面產(chǎn)生壓縮應力，在材料凸面產(chǎn)生拉伸應力（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，這種懸臂結構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