面向穿刺介入手术的软组织力学特性研究与穿刺力建模

发布时间：2019-11-02 10:58

【摘要】：针穿刺手术是现代临床医学一个重要的组成部分。近年来,活组检测、药物注射和癌症的靶向治疗等针穿刺微创手术在临床应用中大量开展。如何提高微创手术的精确度以减少对病人的损伤,此类安全问题一直是被关注的重点。在穿刺手术过程中,必须要保证穿刺针的针尖精确控制在目标靶点区域,然而由于软组织的各异性和形变特性,在实际操作时,手术针与周围软组织的互相作用会使得两者发生变形,针会在预定的运动轨迹下发生偏移,最终导致针尖无法精确到达目标区域,严重影响手术效果。因此,如何对手术针进行精确的控制与定位问题成为了穿刺手术研究的一个重点难点。近年来,随着虚拟手术的发展,通过机器人辅助的虚拟手术系统成为了解决这一难题的有效方法。其中,手术针精确控制与定位的关键所在就是针与软组织相互作用的机理特性与穿刺力建模研究。因此,对其展开相关理论与仿真的研究工作对于穿刺介入手术具有关键性的意义。本文针对经皮穿刺手术,采用了典型的软组织——肝脏为研究对象,对手术过程中软组织形变的力学特性及针穿刺的精确控制问题进行了研究,具体研究内容包括:(1)以X-Y运动平台为基础,设计了一种基于PMAC的生物软组织力学特性标定系统,能够通过对软组织进行针穿刺实验,得到真实肝脏力学特性曲线,测量和标定生物软组织的力学特性,并计算得到组织形变参数,从而建立了准确的生物力学测量工具。(2)在软组织力学特性的基础上基于模型特征建立了针穿刺力—组织形变的力学模型,提出了穿刺过程的针的控制策略。该模型的建立优化了手术器械的控制路径,提高了虚拟手术软组织仿真的精确度.(3)在ANSYS中建立仿真模型进行验证,结果表明穿刺力的模型真实准确,该方法满足虚拟手术的要求。
【图文】：

术的一种重要应用，已经成为了医学手术的研究热点。经皮穿刺手术是在医学影像或声的引导下，手术针经皮穿刺进入软组织，直至目标位置，完成活组检测与麻醉、药放置、短距离放射、癌症的靶向治疗等过程，如今正广泛应用在肝脏、肾脏、血管分以及其他软组织的诊疗方面，如图 1-1 所示。

图 1-2 机器辅助特性评定系统示意图，通过对手术针的穿刺力—位移力学特性的研究，获取准确的特性参数械与软组织的穿刺力模型，医生就可以根据触觉反馈信息，通过实时监情况来判断穿刺针的路径信息，并结合解剖知识实时调整针穿刺过程，，
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R61

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 郭鼓;李树军;徐永新;杨凯;金益韩;;一种基于PMAC的开放式数控系统的设计与实现[J];制造业自动化;2012年04期

2 ;Needle Steering for Robot-Assisted Insertion into Soft Tissue:A Survey[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2012年04期

相关硕士学位论文 前2条

1 吴广荣;基于PMAC的直线驱动气浮精密定位平台控制系统的研究与开发[D];广东工业大学;2013年

2 陈栋;虚拟手术中软组织物理模型的建立及变形算法研究[D];河北大学;2013年

本文编号：2554459