用于磁锚定手术器械的充气腹壁组织动力学
医学物理
2018-06-26 v1
摘要
磁锚定手术器械近期在腹部手术中受到关注,其利用磁铁将手术器械锚定于充气的腹壁上。这些锚定已用于固定被动与主动器械,其中主动器械(如机器人操纵器)产生的运动会激发非刚性腹壁的动力学。因此,有必要研究充气状态下腹壁组织结合磁锚定的力学动力学,特别是其对机械激励的响应及对锚定器械操作的预期扰动。本文对相应猪标本进行加载与卸载测试以进行动力学辨识。实验装置构建用于模拟腹部充气状态及磁锚定机构。捕获卸载过程中的组织响应,并以通用数值模型逼近,进而用于基于 Bode 图的组织动力学分析。结果表明,在此拉伸与压缩状态下,组织的稳态位移近似为零。使用高磁锚定力时,位移的最大瞬态误差为 1mm。从 100rad/s 的频率响应中观察到,因腹壁高刚度与高阻尼,扰动被显著衰减。若机器人操纵器连接于锚定器械,典型运动操作频率仍会产生未衰减扰动。预计需要通过合适的控制策略进行一定的误差补偿。这些结果为主动磁锚定手术器械的控制器设计与设计规范奠定了基础,以最小化对腹壁组织的扰动影响。
引用
@article{arxiv.1806.09067,
title = {Dynamics of Insufflated Abdominal Wall Tissue for Magnetically Anchored Surgical Instruments},
author = {Florence Leong and Alireza Mohammadi and Vijay Rajagopal and Ying Tan and Dhan Thiruchelvam and Pietro Valdastri and Denny Oetomo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.09067},
year = {2018}
}
备注
A 10-page journal article submitted to Journal of Medical Robotics Research (JMRR)