基于ABAQUS的柔性针穿刺软组织耦合过程仿真

论文摘要

随着微创外科手术的迅速发展,经皮穿刺手术作为一种典型的微创外科手术在临床上的应用越来越广泛,因其在医疗中的重要性广受人们的关注和重视。随着时代的进步和科技的发展,人们对微创外科的手术精度有更高的要求,对穿刺手术的精度和治疗效果有更完美的渴望,这也驱使着我们深入研究穿刺过程中针的路径和组织的变形位移情况。本文主要就以下几个方面进行了研究和探讨:首先,本文对穿刺过程中的针杆进行了受力分析,建立了一种柔性针的弹性悬臂梁模型,并基于针的受力平衡方程和轨迹弯矩方程建立了针的挠曲预测模型;通过使用不同型号的穿刺针进行轨迹的实验研究,对针轨迹的预测模型的可行性进行了验证。其次,通过分析随穿刺深度的不断增大时针与组织间的受力交互关系并实时进行计算,针对平面穿刺过程和空间穿刺过程中针与软组织间的相对位置分别提出了两种穿刺耦合模型,进而计算不同穿刺深度针轨迹附近组织受力大小与方向。最后,结合上述针的预测模型和耦合模型在ABAQUS中进行有限元仿真过程,仿真和实验过程中在软组织上对应的相同位置设定标志点,通过对比穿刺仿真与实验结果中这些标志点的位移数据来研究穿刺过程对组织形变的影响,同时验证文中针轨迹预测模型和穿刺耦合模型应用于ABAQUS有限元软件仿真中的可行性和准确性。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 穿刺针轨迹预测模型

1.3.2 软组织有限元耦合模型和穿刺仿真

1.4 课题的主要研究内容

1.5 论文的创新点

第2章柔性针轨迹预测模型

2.1 引言

2.2 柔性针的受力分析

2.2.1 介入柔性穿刺针的分类

2.2.2 针的受力分析

2.3 针轨迹预测模型的建立

2.3.1 悬臂梁模型弯矩的计算

2.3.2 针挠度和偏转的预测

2.4 针轨迹预测模型的验证

2.4.1 实验图像的采集和针轨迹的提取

2.4.2 预测模型与实验的对比

2.5 本章小结

第3章穿刺交互耦合分析

3.1 引言

3.2 有限元类型分析

3.2.1 四边形有限元分析

3.2.2 六面体有限元分析

3.3 二维穿刺耦合模型的建立

3.3.1 交互作用的二维分析

3.3.2 穿刺过程的平面耦合模型

3.4 三维穿刺耦合模型的建立

3.4.1 交互作用的空间分析

3.4.2 穿刺过程的三维耦合模型

3.5 本章小结

第4章 ABAQUS仿真过程

4.1 引言

4.2 模型材料参数

4.2.1 柔性针的材料参数

4.2.2 组织的弹塑性参数

4.3 二维穿刺仿真

4.3.1 部件的创建与网格划分

4.3.2 材料属性定义和赋予

4.3.3 边界约束与载荷施加

4.3.4 仿真结果

4.4 三维穿刺仿真

4.4.1 建模过程

4.4.2 仿真结果

4.5 本章小结

第5章结论与展望

5.1 总结

5.2 工作展望

参考文献

附录 A 图像处理程序

A.1 针轨迹坐标提取

A.2 组织上标志的坐标变化

附录 B 标志在x方向的位移误差

B.1 侧表面标志在x方向的位移误差

B.2 上表面标志在x方向的位移误差

致谢

作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 付佳杰

导师: 高德东

关键词: 穿刺,预测模型,耦合分析

来源: 青海大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,生物医学工程

单位: 青海大学

基金: 国家自然科学基金项目“基于力视感知信息的肝脏穿刺运动规划方法与策略研究”(项目编号:51665049),青海省自然科学基金项目“肝脏穿刺虚拟反馈与运动规划技术研究”(项目编号:2015-ZJ-906)

分类号: R318

DOI: 10.27740/d.cnki.gqhdx.2019.000197

总页数: 81

文件大小: 2518K

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