[发明专利]一种基于有限元的前列腺穿刺针旋转进针方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元的前列腺穿刺针旋转进针方法，包括以下步骤：构建穿刺针和前列腺组织的有限元模型；对穿刺针和前列腺组织的有限元模型赋予相应属性；将穿刺针的有限元模型与前列腺组织的有限元模型进行装配；模拟穿刺进针，设置相应的分析步操作，控制穿刺针与前列腺组织的耦合时间；在穿刺进针耦合的过程中，对穿刺针和前列腺组织之间的接触面进行配置，并在穿刺针的尾端施加直线进针的载荷约束和旋转进针的载荷约束；将穿刺针的有限元模型和前列腺组织的有限元模型进行网格划分；对前列腺组织穿刺进针耦合的过程进行有限元分析。在穿刺过程中的使用旋转进针可以大幅度减小病人的前列腺组织创伤和减少术后康复时间。

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种基于有限元的前列腺穿刺针旋转进针方法。

背景技术

前列腺作为男性的重要生殖腺，其主要由前列腺组织与肌组织所组成。常见的前列腺疾病主要表现为结石、增生、感染以及肿瘤等。前列腺癌作为一种恶性的前列腺肿瘤，其发病率远高于男性其他疾病，该种疾病严重危害了男性同胞们的身体健康。目前针对前列腺癌的诊断与治疗方式主要为针穿刺手术以及外科手术两种。针穿刺手术作为微创手术具有手术创伤小、治疗周期短以及术后愈合快等优点受到广大病人的青睐与追捧。

目前针穿刺手术利用的场景较多，在肾脏、肝脏以及前列腺等软体组织中都有较多的应用。针穿刺手术主要是利用一类穿刺针在确定目标的病灶靶点区域将穿刺针扎入，通过手术事先进行的穿刺针路径规划的穿刺路线进行穿刺，直至目标靶点区域。在大多数外科手术中针对前列腺癌的穿刺过程主要采用一类直线进针的方式进行，然而该类进针方式不仅不利于穿刺中的针体路径的改变而且由于前列腺软体组织的粘滞性影响，穿刺针会对软组织造成更大损伤，术后恢复时间难以保障。

发明内容

本发明主要解决原有的前列腺穿刺手术采用直线进针的方式，导致穿刺损伤区域较大，术后恢复时间难以保障的技术问题；提供一种基于有限元的前列腺穿刺针旋转进针方法才有，采用旋转进针的方式，穿刺损伤区域小，维持在可控范围内，减少了术后恢复时间。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：

S1、构建穿刺针和前列腺组织的有限元模型；

S2、对穿刺针和前列腺组织的有限元模型赋予相应属性；

S3、将穿刺针的有限元模型与前列腺组织的有限元模型进行装配；

S4、模拟穿刺进针，设置相应的分析步操作，控制穿刺针与前列腺组织的耦合时间；

S5、在穿刺进针耦合的过程中，对穿刺针和前列腺组织之间的接触面进行配置，并在穿刺针的尾端施加直线进针的载荷约束和旋转进针的载荷约束；

S6、将穿刺针的有限元模型和前列腺组织的有限元模型进行网格划分；

S7、对前列腺组织穿刺进针耦合的过程进行有限元分析。

建立前列腺穿刺手术中前列腺组织以及穿刺针的模型并通过赋予二者相应的属性去模拟真实穿刺的基本条件，将其相应部件进行装配。通过对穿刺时两者接触面进行相应的配置，通过在穿刺针的参考点施加两种不同的载荷约束进而得出一种基于有限元的旋转进针方法，在穿刺过程中的使用该旋转进针可以大幅度减小病人的前列腺组织创伤和减少术后康复时间。

作为优选，所述的穿刺针的有限元模型的构建方法为：构建空心圆柱，对空心圆柱作为穿刺针顶端的一端进行切削放样，切削放样的倾斜角为20°，在空心圆柱作为穿刺针尾端的一端设置参考点；

所述前列腺组织的有限元模型的构建方法为：构建类长方体模型作为前列腺组织，并在类长体模型的表面对穿刺针的穿刺进入区域进行特征表述，所述特征表述为用特征线条框定穿刺针的穿刺进入区域，用特征点表示穿刺进入区域的中心点。