A mechanics-based model for predicting flexible needle bending with large curvature in soft tissue

斜面 曲率 离散化 弯曲 偏转(物理) 软组织 材料科学 机械 结构工程 生物医学工程 工程类 物理 数学 复合材料 外科 医学 几何学 数学分析 光学
作者
Yan-Jiang Zhao,Ye-Xin Jin,Chao Wen,Yongde Zhang,He Zhang
出处
期刊:Medical Engineering & Physics [Elsevier]
卷期号:126: 104156-104156
标识
DOI:10.1016/j.medengphy.2024.104156
摘要

Percutaneous insertion is one of the most common minimally invasive procedures. Compared with traditional straight rigid needles, bevel-tipped flexible needle can generate curved trajectories to avoid obstacles and sensitive organs. However, the nonlinear large deflection problem challenges the bending prediction of the needle, which dramatically influences the surgical success rate. This paper analyzed the mechanism of needle-tissue interaction, and established a mechanics-based model of the needle bending during an insertion. And then, a discretization of the bending model was adopted to accurately predict the large bending of the needle in soft tissue. Insertion experiments were conducted to validate the bending prediction model. The results showed that the large needle bending was predicted with the mean/RMSE/maximumu error of 0.42 mm / 0.26 mm / 1.08 mm, which was clinically acceptable. This proved the rationality and accuracy of the proposed model.
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