活检针几何建模与穿刺力研究

发布时间：2017-06-08 01:06

  本文关键词：活检针几何建模与穿刺力研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代医疗技术的发展,微创穿刺手术被广泛应用于临床实践中,作为微创穿刺手术的必备工具,活检针在组织取样、局部近距离放射性治疗和机器人辅助穿刺技术等临床治疗中都起到了重要作用。然而在活检针的穿刺过程中,由于缺少对针尖切削外形的分析和穿刺力学模型研究,造成活检针对目标组织的定位不准确,最终导致临床手术的成功率大大降低。因此深入分析活检针尖的几何外形,并建立准确有效的穿刺力学模型成为当前研究的重点课题。本文首先对活检针的外形进行几何建模分析,推导得出针尖切削参数的数学表达式,探讨了不同活检针的倾斜角和刀前角随切削刃的分布变化特点,进而揭示了针尖切削参数对活检针切削性能的影响规律。通过对活检针与组织的穿刺作用特点进行分析,将组织穿刺过程分为组织接触变形阶段和组织断裂阶段,为了研究组织接触变形阶段中活检针的受力特点,建立活检针的接触力学模型,推导得出活检针的接触受力表达式,揭示了活检针的接触受力随组织剪切模量,针形的倾斜角和平面数的变化特点,综合多方面因素对针尖切削参数进行优化;同时研究了组织断裂阶段中活检针沿穿刺方向的受力问题,将活检针的穿刺力分为摩擦力、切割力和挤压力,并对各个分力进行建模分析;根据能量守恒定律对组织断裂过程中活检针的切削效率进行分析。最后,利用穿刺实验平台对试验硅胶组织进行穿刺实验分析,通过提取组织接触阶段活检针的受力数据,对接触理论模型进行验证分析;利用实验数据拟合得到活检针单位面积挤压力的数学表达式,通过对比分析验证了组织断裂阶段穿刺力模型的可行性。本研究深入探讨了活检针的几何外形特点,并对穿刺过程中活检针的穿刺力进行建模分析,为临床诊治过程中针尖切削性能的改善与目标组织的准确定位提供了理论依据;文中对多平面对称针进行接触受力分析,扩展了多平面对称体的接触分析理论。该研究对于组织与活检针穿刺机理的分析具有重要的的参考价值。
【关键词】：微创穿刺手术 活检针 几何模型 接触模型 穿刺力
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R446.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景和意义15-19
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 活检针在临床实践中的应用16-18
• 1.1.3 研究目的及意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-21
• 1.2.1 活检针切削外形的研究现状19-20
• 1.2.2 活检针穿刺力的研究现状20-21
• 1.3 本文研究内容21-23
• 第二章 活检针的几何建模与切削参数分析23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 单斜面针的几何建模分析23-26
• 2.2.1 针尖切削角度与参考坐标平面23-24
• 2.2.2 刃倾角的建模分析24-25
• 2.2.3 刀前角的建模分析25-26
• 2.3 多平面对称针尖切削刃的几何建模分析26-30
• 2.3.1 针尖切削刃的分布26-27
• 2.3.2 直线切削刃切削角度的研究27-28
• 2.3.3 曲线切削刃切削角度的研究28-30
• 2.4 平面不对称针尖切削刃构型分析30-32
• 2.4.1 针尖切削刃的分布30-31
• 2.4.2 针尖切削角度的分析31-32
• 2.4.3 针尖切削参数随转角的分布特点32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 活检针的穿刺力建模分析34-52
• 3.1 引言34
• 3.2 组织穿刺过程分析34-35
• 3.3 活检针接触模型的建立与分析35-46
• 3.3.1 圆锥针与弹性组织的接触受力分析35-37
• 3.3.2 平面对称针与弹性组织的相互作用分析37-38
• 3.3.3 多平面对称针接触建模分析38-41
• 3.3.4 法向力的影响规律分析41-43
• 3.3.5 活检针切削参数优化43-46
• 3.4 组织断裂阶段的穿刺力建模与分析46-50
• 3.4.1 摩擦力建模47-48
• 3.4.2 切割力建模与分析48-49
• 3.4.3 挤压力分析49-50
• 3.4.4 穿刺力做功与切削效率分析50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 实验平台搭建与穿刺验证分析52-73
• 4.1 引言52
• 4.2 穿刺实验平台52-55
• 4.2.1 实验硬件设备52-54
• 4.2.2 实验软件系统54-55
• 4.3 实验组织分析55-59
• 4.3.1 硅胶组织简介55-56
• 4.3.2 粘弹性组织分析56-59
• 4.4 穿刺实验分析59-60
• 4.4.1 穿刺实验步骤59
• 4.4.2 活检针的穿刺受力特点59-60
• 4.5 活检针的接触受力验证分析60-64
• 4.5.1 剪切模量对法向力的影响61
• 4.5.2 倾斜角对法向力的影响61-62
• 4.5.3 平面数对法向力的影响62-64
• 4.6 组织断裂阶段穿刺力的验证与分析64-72
• 4.6.1 穿刺影响因素分析64-67
• 4.6.2 穿刺力分析与验证67-71
• 4.6.3 切削效率的对比分析71-72
• 4.7 本章小结72-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 工作总结与创新点73-74
• 5.2 不足与展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

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本文编号：430853