腹腔镜手术夹钳执行端应力分析及与软组织交互作用研究

发布时间：2022-09-17 13:48

　　对比传统开放外科手术,微创外科手术具有诸多优点,因而逐渐成为患者的首选手术方式。然而微创外科手术过程中无法直接触及组织,致使手术医生缺乏准确的触觉感知和位置感知,严重影响了手术的效率和安全性。而且,微创手术夹钳的开发过程中,尚不清楚夹钳与生物软组织的交互作用机理,其已严重阻碍微创外科技术向智能化、信息化方向的发展。因此,本文展开了微创手术器械的触觉反馈及与软组织的交互作用研究。本文构建了夹钳执行端的应力模型和数学模型。从模拟腹腔镜手术的夹持动作和牵引动作出发,开展了夹钳夹持和牵引组织模拟试验,研究了猪肝脏组织夹持加载的力学响应特征,以及不同牵引力、牵引速度对组织牵引行为的影响规律。主要研究结果如下:构建了夹持过程中钳头横截面的应力分布模型,以及夹持和牵引过程中楔形齿横截面的应力分布模型。构建了微创手术夹钳执行端的力传递模型和夹角模型。运用MATLAB软件模拟了夹钳末端的数学模型,结果表明随着夹钳内轴轴向位移的增加,夹钳夹角逐渐减小,钳头集中力值先增大后减小。在夹持过程中,随着轴向载荷目标值增大,夹钳夹角值下降,夹钳钳头中部集中力值上升。在牵引过程中,随着预加载轴向力增大,未滑脱时的最大... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微创手术介绍
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 微创手术发展
        1.3.2 微创手术夹钳力反馈系统研究
    1.4 相关理论分析
        1.4.1 夹持过程接触行为分析
        1.4.2 夹钳机构性能的分析
        1.4.3 生物软组织的力学特性
    1.5 选题意义及研究内容
        1.5.1 选题意义
        1.5.2 研究内容
第2章 夹钳钳头测力系统集成及试验方法介绍
    2.1 夹钳钳头测力系统集成
        2.1.1 光纤法珀传感器系统简介
        2.1.2 传感器的布置
        2.1.3 夹钳钳头测力系统的应力模型
    2.2 实验材料与方法
        2.2.1 试验材料
        2.2.2 试验设备
        2.2.3 试验方法
    2.3 本章小结
第3章 夹钳执行端的数学模型构建
    3.1 微创手术夹钳执行端的数学模型
        3.1.1 力传递模型
        3.1.2 夹角模型
        3.1.3 夹钳末端的数学模型
    3.2 本章小结
第4章 夹钳夹持-牵引手术动作模拟试验与分析
    4.1 夹持手术动作模拟试验结果与分析
        4.1.1 试验结果与分析
        4.1.2 肝脏组织形貌表征结果与分析
    4.2 手术牵引模拟试验结果与分析
        4.2.1 特征牵引力-位移曲线及分段特性
        4.2.2 牵引力-位移变化规律与运动速度、载荷的关系
    4.3 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文以及参研项目



本文编号：3679337