本发明专利技术属于软组织变形操控领域，公开了一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法本发明专利技术对乳腺组织变形动力学模型通过隐式欧拉积分进行求解，且其本构模型选择为质点弹簧阻尼粘弹性系统，结合设计的组织操控装置完成通过外部设备导致乳腺组织变形使靶点暴露在简单的穿刺路径上。本发明专利技术能够适应复杂环境下的刚性针乳腺介入手术。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计的是一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，属于软组织变形操控领域。
技术介绍
1、近年来,癌症作为世界的头号杀手，对人类生命构成了严重的威胁。在女性群体中，乳腺癌的发病率高于其他癌症。在医学领域，早期诊断和治疗乳腺癌的主要方法是经皮穿刺手术。乳腺癌早期诊断和传统手术治疗中面临许多问题，如医生经验不足、患者不自主的运动、呼吸引起的误差、医生手颤以及组织变形等，这些问题都会导致穿刺精度不足。常见传统意义上的乳腺介入手术需要固定乳腺组织，减少乳腺组织的流动性，再确定穿刺路径进行穿刺。一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，通过主动推动乳腺组织产生变形使靶点暴露在简单穿刺的路径，然后再进行进针。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提出一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，以解决目前缺少适于自动化设备开发能够满足主动操控组织变形提高穿刺靶点精度的问题。
2、本专利技术为解决上述问题所采取的方案为：
3、一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
4、步骤一、建立乳腺组织变形动力学：
5、将乳腺组织离散成各个质点，每个质点通过一对弹簧阻尼连接，将变形过程看作为内力与外力的作用，内力由弹簧和阻尼产生，外力是人为主动施加产生变形的力，结合牛顿第二定律建立乳腺组织变形动力学方程，解算公式为（1）：
6、
7、式中为每个质点的质量，为内力，为外力。
>8、计算通过连续介质力学的应变能函数梯度即可得到内力，结合无条件稳定的隐式欧拉积分对时间积分求解公式（1）得到新形式的乳腺组织变形求解器，解算公式为（2）：9、
10、式中，，，为应变能函数，是对等式最小值求解。
11、步骤二、选择乳腺组织本构模型质点弹簧阻尼模型求解出：
12、选择一对弹簧阻尼系统作为连接各个质点的方式，弹簧选择胡克公式计算其势能，阻尼的势能函数与速度有关，得到总势能函数方程，解算公式为（3）：
13、
14、式中，是弹簧的弹簧常数，是弹簧当前的长度，是未变形弹簧的长度，是阻尼器的的阻尼系数，是阻尼器的速度。
15、步骤三、确定好操控点通过外部动力设备操控软组织变形：
16、选择类似于三爪卡盘的组织操控装置进行三点操控，额外加入一个控制点进行固定，其实现方式都是通过吸盘进行吸附乳腺组织带动操作，组织操控装置包括：组织操控装置支架，吸盘模组，吸盘模组底板，吸盘模组步进电机，吸盘模组滑块，吸盘模组支座，吸盘模组丝杆，吸盘，结合图像引导装置观察靶点是否移动到理想位置。
17、本专利技术的有益效果：
18、(1)本专利技术所述的乳腺组织变形动力学模型通过隐式欧拉积分进行求解，避免了计算过程的失效，具有稳定性和准确性。
19、(2)本专利技术所述的乳腺组织本构模型为质点弹簧阻尼系统，属于粘弹性范畴，既能够模拟乳腺组织内部的粘弹性表现，又能简洁快速的计算出变形结果，具有减少了手术时间过长而导致患者痛苦的优势。
20、(3)本专利技术所述的组织操控装置为三点操控和一点复固定乳腺组织，能够结合开发的算法实现自动控制调节，避免了外科医生结合图像引导施加外力调节。
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【技术保护点】
1.一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
2.如权利要求1所述的一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，其特征在于：组织操控装置包括：组织操控装置支架1，吸盘模组2，吸盘模组底板3，吸盘模组步进电机4，吸盘模组滑块5，吸盘模组支座6，吸盘模组丝杆7，吸盘8，所述的三个吸盘模组（2）呈120°围绕预加载模块支架（1）放置，吸盘（8）通过吸盘模组支座（6）固定在吸盘模组滑块（5）上，吸盘模组步进电机（4）驱动吸盘模组丝杆（7）实现吸盘模组滑块（5）的调节进而带动吸盘（8）。
【技术特征摘要】
1.一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
2.如权利要求1所述的一种基于质点阻尼弹簧模型乳腺组织操控的方法，其特征在于：组织操控装置包括：组织操控装置支架1，吸盘模组2，吸盘模组底板3，吸盘模组步进电机4，吸盘...
【专利技术属性】
技术研发人员：张为玺，于佳兴，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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