一个新的超声波激活外科设备的多场相互作用切割模型

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 手术技术 手术技术
• 计算机建模 计算建模

背景情况:

• 超声波激活外科设备 (UASD) 对于切割,血液静止和手术中的热控制至关重要.
• 目前的模型不充分表示高频相互作用,限制了UASD切割的预测准确性.
• 准确的建模对于手术规划和优化UASD设计至关重要.

研究的目的:

• 开发一个UASD-组织相互作用切割模型,以考虑高频相互作用.
• 在UASD切割过程中提高多物理场 (力,变形,温度,损伤) 的预测精度.
• 为了解和改进涉及UASD的外科手术提供一个强大的工具.

主要方法:

• 提出了一种新的多场相互作用切割模型,以预测切割力,变形,温度和组织损伤.
• 一个基于LuGre的交互力模块被开发来表征高频UASD-组织相互作用,包括细胞破裂滑.
• 使用基于位置的动态和自适应时间解决器的本地化联系算法用于稳定联系和多时间尺度方程解决.

主要成果:

• 模拟的切削力,温度,损伤和变形与物理实验结果密切匹配.
• 该模型表明,切割速度和滑对温度和摩擦的影响之间存在负相关性.
• 增加振动振幅被证明可以增强摩擦和热量产生,同时保持模型稳定性.

结论:

• 开发的模型准确而稳健地预测了UASD切割过程中的多物理相互作用.
• 这些发现为UASD切割过程提供了宝贵的见解.
• 这有助于改善UASD的手术规划和更有效的仪器设计.