微创手术缝合针与软组织交互作用行为研究-机械工程专业论文.docx

ClassifiedIndex：TH117U．D．C：531．43SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisExperimentstudyoninteractionbehaviorbetweenMinimallyinvasivesurgicalsutureneedleandSofttissueGrade：2013 Candidate：BaoXiongAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpecialty：MechanicalEngineeringSupervisor：Prof．LiWeiProf．ZhouZhongrongMay．2016万方数据西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．必威体育官网网址口，在年解密后适用本授权书；2．不必威体育官网网址回，使用本授权书。(请在以上方框内打“／”)学位沧文作者签名夏，互指导老师签名：L固印．蛤谭一，Il-l-Il-I钝弘一I●l，11 钒．bu?台j G-基’日期日期：万方数据西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．分析了微创手术缝合入针过程的两个阶段以及两个阶段中缝合针的受力情况。研究了针尖刺破软组织过程中，入刺速度、入刺角度、缝合针针型(不同针尖截面形状和直径)以及缝合针与不同软组织作用对于刺破力的影响。采集了针一软组织交互作用的相关力学数据，揭示了针刺过程中针与软组织交互作用机理。2．针对入针第一阶段，并基于最小二乘法的MATLAB建模分析，建立了针刺力与入刺速度，入刺位移三者间的非线性模型，并分析了模型的准确性。3。建立刺破前、后两个阶段的能量平衡方程，并基于能量平衡方程和特定的试验方法，计算出针刺过程中软组织内部发生裂纹扩散的能量耗散值。分析了入针速度，缝合针针型对于能量耗散的影响。4．基于裂纹扩散条件和改进的Kelvin模型验证相关实验结果的正确性。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担，文责自负。一躲如萄兰日期：洳c【)．b．B万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要医疗缝合是一项耗时多、偏繁杂、具有挑战性的任务。医生在缝合过程中常常会遇到缝合空间和自由度不足等问题，特别是在缝合伤口过大和急需快速缝合的情况下，这些情况不仅会促使医生产生严重的疲劳感进而大大降低缝合效率，同时会增大损伤软组织的几率。自动化缝合技术可以代替医生进行自动手术缝合，提高缝合效率，降低损伤风险。而自动缝合技术要求机器人能够自动识别缝合过程中针的受力情况，以此来规划好缝合路径。此外，由于在缝合过程中经常遇到缝合针变形，弯曲甚至折断等情况，如何安全有效地操作它们，不仅要求医生掌握足够的缝合技能，还必须对针一软组织之问的交互行为理解透彻。这些力学数据对于缝合针的设计和选型都有着巨大的现实意义和指导意义。通过研究国内外相关文献，我们利用生物力学试验机(HY0580)，选取了猪肝脏、猪皮、兔大／d,肠、兔肝脏五种离体软组织进行了多组针刺实验，分析了微创手术缝合针与软组织间交互作用行为以及影响两者间相互作用力的因素，通过编写MATLAB程序建立了入刺过程第一阶段针刺力与针刺位移、针刺速度之间的非线性模型，揭示了缝合过程中针一组织间交互作用的一些基本规律。主要结论如下：1．缝合针刺入组织的过程可以分为两个阶段。刺破前阶段为第一阶段，针尖主要受到软组织的反作用力，我们称之为弹力。刺破后阶段为第二阶段，针主要受到周围组织的切削力及其与组织间的摩擦力。其中，刺破瞬间的力，我们称之为刺破力。刺破力的大小与针刺条件密切相关。随着针刺速度的增大，刺破力逐渐减小，刺破时间逐渐缩短；随着入刺角度的增大，刺破力增大；相同工况条件下，针尖截面为三角形的缝合针产生的刺破力大于圆形截面的缝合针；直径越大，产生的刺破力越大。同时，用猪皮作为实验样品时，产生的刺破力以及弹力是猪肝脏、兔大／d,肠、兔肝脏组织的十倍左右。结果表明，缝合过程中，采取不同的入针方式，会产生不同的交互作用效果。2．刺破第一阶段，针刺力与针刺位移、针刺速度有着密切的联系，基于最小二乘法的MATLAB建模分析，我们建立了三者间的非线性模型。模型的残