面向活檢穿刺試驗(yàn)的明膠假體力學(xué)本構(gòu)關(guān)系研究及穿刺參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、細(xì)胞病理學(xué)檢查是診斷癌癥的主要方法，該檢查首先需要獲取目標(biāo)器官的組織樣本。由于具有花費(fèi)低，創(chuàng)傷小，并發(fā)癥少，愈合較快等優(yōu)點(diǎn)，目前臨床上提取組織標(biāo)本的首選方法是穿刺活檢法。
　　穿刺活檢就是利用中空取樣針刺入目標(biāo)軟組織，切下少量組織樣本并保存在針芯空腔中一并取出的方法。在實(shí)際臨床中，穿刺活檢的取樣精度及取樣效率一直不盡如人意，往往需要取樣多次才能獲得較為理想的組織樣本，造成這種問(wèn)題的原因主要是穿刺過(guò)程中組織及活檢針受相互作用力作用而

2、產(chǎn)生變形。由此可見(jiàn)，行之有效的手段是通過(guò)對(duì)軟組織及針尖進(jìn)行研究，降低穿刺活檢過(guò)程中針與組織的相互作用力，減少針與組織的變形，最終達(dá)到提高活檢取樣精度和效率的目的。
　　本文選定明膠假體作為穿刺對(duì)象，并對(duì)明膠假體的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試及本構(gòu)模型建模，并基于該假體進(jìn)行了活檢穿刺參數(shù)優(yōu)化正交試驗(yàn)。
　　本文采用壓痕試驗(yàn)測(cè)得小變形下明膠假體材料的壓力時(shí)間曲線，通過(guò)公式計(jì)算出了Neo-hookean超彈性本構(gòu)模型參數(shù)，在matlab

3、軟件中采用最小二乘法將該組數(shù)據(jù)與粘彈性本構(gòu)模型進(jìn)行擬合，獲得了prony級(jí)數(shù)粘彈性本構(gòu)模型參數(shù)，并進(jìn)行了有限元仿真驗(yàn)證;采用單軸拉伸試驗(yàn)測(cè)得大變形下假體材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，獲得了材料的破裂閾值，并在ABAQUS軟件中通過(guò)擬合獲得了4階Ogden超彈性本構(gòu)模型的參數(shù)。通過(guò)將獲得的試驗(yàn)結(jié)果及本構(gòu)模型參數(shù)與相關(guān)文獻(xiàn)中生物軟組織的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，證實(shí)了明膠假體與生物軟組織本構(gòu)關(guān)系上的相似性。
　　由于有限元分析軟件ABAQUS自帶材料屬

4、性編輯器存在不足及盲點(diǎn)，本文通過(guò)將推導(dǎo)出的應(yīng)力本構(gòu)關(guān)系寫入ABAQUS用戶材料子程序VUMAT中，開(kāi)發(fā)了軟組織力學(xué)本構(gòu)模型VUMAT子程序，并同ABAQUS自帶的材料設(shè)定進(jìn)行比對(duì)確定了子程序的準(zhǔn)確性。該模型有利于下一步引入合適于軟組織的失效準(zhǔn)則，模擬整個(gè)活檢穿刺過(guò)程。
　　采用力學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定的明膠假體作為穿刺對(duì)象，減少了生物軟組織力學(xué)性能差異對(duì)穿刺試驗(yàn)的影響。本文將進(jìn)針?biāo)俣取⑦M(jìn)針深度、針尖角度等因素作為影響因子設(shè)計(jì)實(shí)施了正交穿刺