针对按压与穿刺的生物组织力学建模算法研究

发布时间：2022-08-01 22:09

　　随着虚拟现实技术的发展被国家所高度重视,虚拟手术系统逐渐被人们接受认可并应用于医学领域。目前市面上的虚拟手术系统由于生物力学的复杂程度高而鲜少配备有良好的力触觉反馈,力反馈的不准确甚至缺失使得虚拟手术系统缺乏真实临场感,导致其对医生教学训练效果欠佳。为解决此问题,本文主要研究了生物组织的按压及穿刺力学建模。本研究从按压及穿刺力学实验入手,首先利用Quanser-DENSO机械臂与ATI六维力/力矩传感器搭建了一个生物力学实验数据采集平台。为全面分析按压与穿刺力变化影响因素,基于基础力学分析及控制变量法设计并进行大量对比、类比实验,收集所需数据。接着将按压实验数据分加载、松弛、卸载三阶段逐一对比作图,分析各阶段力变化的关键影响因素,并用SPSS相关分析进行结论正确性检验。基于分析结论建立了针对按压力的新式分段函数拟合模型,并将神经网络算法引入生物力学建模,结合分段函数思想,提出一种分段神经网络生物力学建模算法。利用猪肾按压实验数据对两种建模算法进行建模准确性校验与泛化测试,对比评估两种算法的优劣。然后基于穿刺实验数据,分预穿刺、刺入、松弛、回拔四阶段对穿刺过程针受力变化进行详细力学分析,... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 生物组织粘弹性模型研究现状
        1.2.2 生物组织穿刺力建模研究现状
        1.2.3 应用于虚拟手术系统的力学模型
    1.3 论文主要研究内容及结构安排
第2章 生物力学特性与粘弹性模型
    2.1 生物力学基本特性
    2.2 粘弹性材料的蠕变与松弛
        2.2.1 两个基本元件
        2.2.2 蠕变
        2.2.3 松弛
    2.3 常见粘弹性模型及其本构方程
        2.3.1 Maxwell模型
        2.3.2 Kelvin模型
        2.3.3 标准线性固体模型(SLS模型)
        2.3.4 广义Maxwell模型与广义Kelvin模型
    2.4 本章小结
第3章 实验平台搭建与实验设计
    3.1 实验平台搭建
    3.2 挤压实验设计
        3.2.1 实验材料准备
        3.2.2 实验分组与设计思路
        3.2.3 实验操作步骤
    3.3 穿刺实验设计
        3.3.1 实验分组与设计思路
        3.3.2 实验操作步骤
    3.4 本章小节
第4章 生物组织按压力分析与建模
    4.1 力影响因素分析
    4.2 函数拟合法建模
        4.2.1 应力加载阶段
        4.2.2 应力松弛阶段
        4.2.3 应力卸载阶段
    4.3 神经网络算法建模
        4.3.1 神经网络概述
        4.3.2 分段神经网络力学建模算法设计
        4.3.3 神经网络建模结果与评估
    4.4 本章小节
第5章 生物组织穿刺力分析与建模
    5.1 生物组织穿刺过程力学分析
    5.2 力影响因素分析
    5.3 神经网络算法建模
        5.3.1 分段神经网络力学建模算法设计
        5.3.2 神经网络建模结果与评估
    5.4 推广式KNN力学建模算法
    5.5 三种力学建模方法的对比分析
    5.6 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 进一步工作的方向
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3668266