超声振动对软组织穿刺过程中摩擦力的影响

摘要

背景:摩擦是非常复杂的非线性现象,软组织穿刺过程中的摩擦力是针管与组织间相互作用力的重要组成部分,对穿刺活检取样效率和精度有重要影响。但是目前有关超声振动对穿刺过程中摩擦力的研究较少。目的:明确超声振动辅助穿刺软组织过程中振动振幅对摩擦力的影响规律,并验证摩擦模型的正确性,为超声振动辅助取样装置的设计和开发提供理论依据,提高穿刺活检取样效率和精度。方法:基于LuGre模型,引入超声振动因素,建立活检针表面与软组织之间的摩擦模型。通过新摩擦模型分析附加超声振动后摩擦力减小的原因,并通过实验验证摩擦力随振幅增大的变化规律并证明理论模型的正确性。结果与结论:附加超声振动后,软组织穿刺过程中的摩擦力显著减小。摩擦力随振幅的增大基本成指数为-1的幂函数关系减小。结果显示基于LuGre模型的新摩擦模型能够正确反映超声振动辅助穿刺软组织穿刺过程中振幅对摩擦力的影响规律。超声振动辅助穿刺软组织过程中振幅对摩擦力的影响规律得到明确。