对复合材料涂层针在软组织材料中的插入力进行实验和分析研究

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 手术机器人手术机器人手术机器人手术机器人

背景情况:

• 穿皮手术需要精确的手术针插入,以最大限度地减少组织损伤并提高准准确度.
• 包括聚多巴胺 (PDA),聚四乙烯 (PTFE) 和活性碳 (C) 在内的复合针涂层已被探索,以减少插入力.

研究的目的:

• 为了研究涂层针插入的界面机制.
• 开发一种分析模型,用实验和数值方法预测针插入力.

主要方法:

• 开发了一种由两个组成部分组成的分析模型:摩擦力 (经过修改的卡诺普模型具有弹性) 和切割力 (恒定切割系数).
• 纳入了从牛脏组织中35毫米插入深度的实验数据.
• 验证了模型与实验测量裸体和涂层针的实验测量.

主要成果:

• 分析模型与实验数据有很好的一致性,差异为6.5%的裸针和17.1%的涂层针在牛的35毫米插入深度.
• 由于真实组织的复杂结构,已确认预期的差异.

结论:

• 开发的分析插入力模型为了解针-组织相互作用提供了有价值的工具.
• 预测的插入力可能会增强机器人针系统的控制,提高皮肤间干预的成功率.