MODELING the response of a deformab

MODELING the response of a deformable soft tissue
during cutting is a fundamental scientific problem, an
understanding of which can be used to develop realistic surgical
simulators for providing accurate force feedback to the surgeon
during surgical training for soft-tissue cutting procedures (such
as skin incision and biopsies, which do not use electrocautery


[1], [2] to avoid cellular damage). Scalpel cutting is a
fundamental art required of residents in training in surgery. Most
commonly, scalpel cutting is useful for lower abdominal cutting
of the skin to access the internal organs in open procedures
such as caesarean section (C-section) deliveries. Scalpel cut-
ting in such procedures aids in minimizing the regional tissue
distortion and destruction, and aids in better wound healing and
better scar after the incision is closed by either subcutaneous
sutures or external staples. Before surgeon trainees actually
operate on patients, it is desirable to practice cutting skills on
simulators to familiarize themselves with the real responses of
the soft tissue encountered in a surgical procedure. To enable
realistic simulation, it is necessary to develop models based
on actual experimental data. Our long-term goal is, thus, to
develop a model of soft tissue interaction with a cutting blade
to be used in surgery simulators. The goal of this paper in
particular is to conduct scalpel blade cutting experiments, study
the experimental data during soft tissue cutting and extract the
characterizing parameters via suitable models.
We have conducted ex vivo liver cutting experiments to
measure the cutting force versus cut-length characteristics.
Our results show that the measured force-displacement curves in the
blade cutting experiments exhibited a characteristic pattern: re-
peating units of a segment of linear loading (deformation) fol-
lowed by a segment of sudden unloading (localized crack ex-
tension in the tissue). The prerequisite to high-fidelity surgery
simulation is realistic characterization of these two constituent
phases of the cutting process: the deformation phase and the
crack extension phase. In this paper, we focus in characterizing
the deformation resistance during the deformation phase im-
mediately preceding crack extension in the soft tissue. We also
study the effect of cutting speed, cutting angle, and the depth of
cut on the deformation resistance of the tissue in this paper. In
a subsequent paper, we shall discuss details of a parallel study
on characterizing the crack extension phase.
We have conducted experiments with seven cutting speeds
and two blade angles, namely 45 and 90 with respect to the
horizontal axis. Like most organs, the liver specimens we used
in the experiments are naturally nonuniform in thickness. We
used a stereo camera system and developed image-processing
procedures to determine the time variation of the embedded
blade depth in the tissue as the cutting progressed in the liver
sample with a natural bulge in the thickness direction. The depth
of cut of the blade in the tissue was then used to normalize the
experimentally recorded cutting forces. The depth-of-cut normalized forces were applied in an inverse problem to determine
a normalized local effective modulus (LEM) which is a measure of the deformation resistance of the soft tissue. A feature of

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สร้างโมเดลการตอบสนองของเนื้อเยื่ออ่อน deformableระหว่างตัดมีปัญหา scientific พื้นฐาน การเข้าใจซึ่งสามารถใช้ในการพัฒนาจริงราคาประหยัดให้ถูกต้องในขณะบังคับใช้ผลป้อนกลับการแพทย์ในระหว่างการฝึกผ่าตัดสำหรับขั้นตอนการตัดเนื้อเยื่ออ่อน (เช่นเป็นแผลที่ผิวหนังและประสาทการตรวจชิ้นเนื้อ ซึ่งใช้ electrocautery[1], [2] เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายของโทรศัพท์มือถือ) ตัด scalpel เป็นการ ศิลปะพื้นฐานที่จำเป็นของผู้อยู่อาศัยในการฝึกอบรมในการผ่าตัด มากที่สุดทั่วไป scalpel ตัดใช้สำหรับตัดช่องท้องส่วนล่างผิวถึงอวัยวะภายในในขั้นตอนการเปิดเช่นคลอด (C-section) จัดส่ง Scalpel ตัด-ทิงในกระบวนงานดังกล่าวช่วยในการลดเนื้อเยื่อภูมิภาคบิดเบือน และทำลาย และช่วยในการรักษาบาดแผลดีขึ้น และดีกว่า รอยแผลจะปิด ด้วยการใต้เย็บแผลหรือลวดเย็บกระดาษภายนอก ก่อนฝึกแพทย์จริงมีในผู้ป่วย เป็นสิ่งที่ต้องการฝึกทักษะการตัดบนในขณะการคุ้นเคยกับการตอบสนองที่แท้จริงของเนื้อเยื่ออ่อนที่พบในวิธีการผ่าตัด การเปิดใช้งานการจำลองสถานการณ์จริง จำเป็นต้องพัฒนารูปแบบตามข้อมูลที่มีการทดลองจริง เป้าหมายระยะยาวของเราคือ ดังนั้น ไปพัฒนารูปแบบการโต้ตอบเนื้อเยื่ออ่อนกับใบมีดตัดที่จะใช้ในขณะผ่าตัด เป้าหมายของกระดาษนี้เฉพาะการดำเนินการทดลอง scalpel ใบมีดตัด ศึกษาข้อมูลทดลองตัดเนื้อเยื่ออ่อนและสารสกัดกำหนดลักษณะพารามิเตอร์ผ่านรูปแบบที่เหมาะสมเราได้ดำเนินการอดีต vivo ตัดตับทดลองเพื่อวัดแรงตัดกับตัดความยาวลักษณะ ผลของเราแสดงว่าโค้งวัดแรงปริมาณกระบอกสูบในการใบมีดตัดทดลองจัดแสดงรูปลักษณะ: re -หน่วย peating ของส่วนของเส้นโหลด (แมพ) fol-lowed โดยส่วนของฉับพลันไม่โหลด (ภาษาท้องถิ่นแตกอดีต-ความตึงเครียดในเนื้อเยื่อ) ข้อกำหนดเบื้องต้นการผ่าตัดสูง-fidelityจำลองเป็นคุณสมบัติจริงของวิภาคเหล่านี้สองขั้นตอนของการตัด: ระยะแมพและถอดขยายระยะ ในเอกสารนี้ เรามุ่งเน้นในการกำหนดลักษณะของต้านทานระหว่างที่แมพแมพที่ระยะ im-ก่อนหน้านี้ mediately ส่วนขยายรอยแตกในเนื้อเยื่ออ่อน เรายังศึกษาผลของความเร็วตัด ตัดมุม และความลึกของตัดบนต้านทานแมพของเนื้อเยื่อในเอกสารนี้ ในกระดาษต่อไป เราจะหารือรายละเอียดของการศึกษาควบคู่กันในการกำหนดลักษณะระยะขยายรอยแตกเราได้ดำเนินการทดลอง ด้วยความเร็วตัดเจ็ดและสอง มุมใบมีด 45 และ 90 ด้วย respect คือการแกนแนวนอน เช่นอวัยวะส่วนใหญ่ ไว้เป็นตัวอย่างตับที่เราใช้ในการทดลองคือ nonuniform ธรรมชาติความหนา เราใช้ระบบกล้องสเตอริโอ และพัฒนาประมวลผลภาพขั้นตอนเพื่อดูการเปลี่ยนแปลงเวลาของการฝังตัวใบมีดลึกในเนื้อเยื่อเป็นการตัดหน้าไปเพียงใดในตับตัวอย่างกับกระพุ้งธรรมชาติในทิศทางที่ความหนา ความลึกตัดของใบมีดในเนื้อเยื่อแล้วใช้ปกติexperimentally บันทึกตัดกอง กองมาตรฐานความลึกตัดถูกนำไปใช้ในปัญหาการผกผันในการกำหนดมาตรฐานท้องถิ่นผลโมดูลัส (LEM) ซึ่งเป็นการวัดความต้านทานแมพของเนื้อเยื่ออ่อน คุณลักษณะของ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การสร้างแบบจำลองการตอบสนองของเนื้อเยื่ออ่อน deformable
ในระหว่างการตัดเป็นทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานปัญหา C,
ความเข้าใจในการที่สามารถนำมาใช้ในการพัฒนาการผ่าตัดจริง
จำลองสำหรับการให้ข้อเสนอแนะแรงที่ถูกต้องให้ศัลยแพทย์
ในระหว่างการฝึกอบรมการผ่าตัดสำหรับขั้นตอนการตัดเนื้อเยื่ออ่อน (เช่น
เป็นแผลที่ผิวหนัง และขริบซึ่งไม่ได้ใช้ด้วยไฟฟ้า[1], [2] เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายมือถือ) ตัดมีดผ่าตัดเป็นศิลปะพื้นฐานที่จำเป็นของประชาชนในการฝึกอบรมในการผ่าตัด ส่วนใหญ่ทั่วไปตัดมีดผ่าตัดจะเป็นประโยชน์สำหรับการตัดลดหน้าท้องของผิวในการเข้าถึงอวัยวะภายในในขั้นตอนการเปิดเช่นซีซาร์ส่วน (C-ส่วน) ส่งมอบ มีดผ่าตัดคลุกทิ้งในวิธีการดังกล่าวช่วยในการลดเนื้อเยื่อในระดับภูมิภาคการบิดเบือนและการทำลายและช่วยในการสมานแผลดีขึ้นและดีขึ้นหลังจากแผลเป็นแผลถูกปิดโดยทั้งใต้ผิวหนังหรือลวดเย็บกระดาษเย็บภายนอก ก่อนที่จะรับการฝึกอบรมศัลยแพทย์จริงทำงานกับผู้ป่วยเป็นที่น่าพอใจในการฝึกทักษะในการตัดจำลองเพื่อทำความคุ้นเคยกับการตอบสนองที่แท้จริงของเนื้อเยื่ออ่อนที่พบในขั้นตอนการผ่าตัด เมื่อต้องการเปิดใช้การจำลองที่เหมือนจริงมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะพัฒนารูปแบบขึ้นอยู่กับข้อมูลการทดลองที่เกิดขึ้นจริง เป้าหมายระยะยาวของเราคือการทำให้การพัฒนารูปแบบของการมีปฏิสัมพันธ์ของเนื้อเยื่ออ่อนที่มีใบมีดตัดเพื่อนำไปใช้ในการจำลองการผ่าตัด เป้าหมายของการวิจัยนี้ในโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือการดำเนินการทดลองการตัดใบมีดผ่าตัดการศึกษาข้อมูลการทดลองในระหว่างการตัดเนื้อเยื่ออ่อนและสารสกัดจากพารามิเตอร์พัฒนาการผ่านรูปแบบที่เหมาะสม. เราได้ดำเนินการ ex vivo ทดลองตัดตับวัดแรงตัดกับลักษณะการตัดความยาว . ผลของเราแสดงให้เห็นว่าเส้นโค้งแรงรางวัดในการทดลองใบมีดตัดแสดงรูปแบบลักษณะ: อีกหน่วย peating ของส่วนของการโหลดเชิงเส้น (ความผิดปกติ) ทําตามlowed โดยส่วนของขนถ่ายฉับพลัน (localized อดีตร้าวความตึงเครียดใน เนื้อเยื่อ) จำเป็นเพื่อไฮไฟผ่าตัด delity จำลองเป็นตัวละครที่เหมือนจริงของทั้งสององค์ประกอบขั้นตอนของกระบวนการตัด: ขั้นตอนการเปลี่ยนรูปแบบและขั้นตอนการขยายรอยแตก ในบทความนี้เรามุ่งเน้นในลักษณะต้านทานความผิดปกติในระหว่างขั้นตอนการเปลี่ยนรูปญmediately ก่อนขยายรอยแตกในเนื้อเยื่ออ่อน นอกจากนี้เรายังศึกษาผลกระทบของการตัดความเร็วตัดมุมและความลึกของการตัดต่อความต้านทานความผิดปกติของเนื้อเยื่อในบทความนี้ ในกระดาษที่ตามมาเราจะหารือเกี่ยวกับรายละเอียดของการศึกษาคู่ขนานในลักษณะขั้นตอนการขยายร้าว. เราได้ทำการทดลองกับเจ็ดความเร็วตัดและใบมีดสองมุมคือ 45 และ 90 ที่เกี่ยวกับแกนนอน เช่นเดียวกับอวัยวะมากที่สุดตัวอย่างตับที่เราใช้ในการทดลองเป็นธรรมชาติไม่สม่ำเสมอในความหนา เราใช้ระบบกล้องสเตอริโอและการประมวลผลภาพที่พัฒนาวิธีการในการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงเวลาของการฝังความลึกใบมีดในเนื้อเยื่อการตัดความก้าวหน้าในตับตัวอย่างกับกระพุ้งธรรมชาติในทิศทางที่มีความหนา ความลึกของการตัดของใบมีดในเนื้อเยื่อที่ถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ปกติกองกำลังตัดบันทึกการทดลอง ความลึกของการตัดกองกำลังปกติถูกนำไปใช้ในตรงกันข้ามปัญหาในการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพโมดูลัสปกติท้องถิ่น (LEM) ซึ่งเป็นตัวชี้วัดของความต้านทานความผิดปกติของเนื้อเยื่ออ่อน คุณสมบัติของ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แบบจำลองการตอบสนองของ
เนื้อเยื่ออ่อนโดยในระหว่างตัดเป็นเบื้องต้น จึงเป็นปัญหา scienti C ,
ความเข้าใจที่สามารถนำมาพัฒนามีเหตุผลศัลยกรรม
simulators ให้ผลป้อนกลับแรงที่ถูกต้องให้กับศัลยแพทย์
ในระหว่างการฝึกอบรมการผ่าตัด soft-tissue ตัดขั้นตอน ( เช่น
เป็นผิวหนังและการผ่าตัดเซลล์ ซึ่งไม่ใช้เน่า


[ 1 ][ 2 ] เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายของเซลล์ ) ตัดมีดเป็น
พื้นฐานศิลปะที่ต้องการของประชาชนในการฝึกผ่าตัด ที่สุด
ปกติ , มีดตัดจะเป็นประโยชน์สำหรับ ลดหน้าท้อง ตัด
ของผิวที่จะเข้าถึงอวัยวะภายใน ในขั้นตอนการเปิด
เช่นทางหน้าท้อง ( C-section ) ส่งมอบ มีดตัด -
ติ่งในขั้นตอนช่วยลดระดับการบิดเบือนและทำลายเนื้อเยื่อ
,และช่วยในการรักษาแผลและแผลดีขึ้นหลังจากการผ่าตัดดีกว่า

ปิดโดยให้ใต้ผิวหนังหรือลวดเย็บกระดาษเย็บภายนอก ก่อนการฝึกอบรมจริง
ศัลยแพทย์ผ่าตัดคนไข้ที่เป็นที่พึงปรารถนาเพื่อฝึกทักษะในการตัด
Simulators ที่จะทำความคุ้นเคยกับคำตอบที่แท้จริงของ
เนื้อเยื่ออ่อนที่พบในกระบวนการผ่าตัด เพื่อให้
สมจริง การจำลองมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะพัฒนารูปแบบตาม
ในการทดลองจริง เป้าหมายระยะยาวของเราคือ ปาน

พัฒนารูปแบบของปฏิสัมพันธ์เนื้อเยื่ออ่อนที่มีใบมีดตัด
จะใช้ในการผ่าตัด simulators . เป้าหมายของบทความนี้คือเพื่อดำเนินการเฉพาะใน
มีดใบมีดตัดการทดลองศึกษา
ข้อมูลระหว่างตัดเนื้อเยื่ออ่อนและสารสกัด
แสดงพารามิเตอร์ผ่านแบบที่เหมาะสม เราได้ดำเนินการโดยอดีต


ตัดตับการทดลองวัดแรงตัดและตัดคุณลักษณะความยาว
ผลของเราแสดงให้เห็นว่าวัดแรงเคลื่อนเส้นโค้งในการทดลองมีใบมีดตัด
รูปแบบลักษณะ : Re -
peating หน่วยของส่วนของเส้นขน ( รูป ) --
แบบซ้อนกันlowed โดยส่วนของฉับพลันขน ( ถิ่นเก่าแตก
ความตึงเครียดในเนื้อเยื่อ ) จําสูง - จึง delity ศัลยกรรม
จำลองคือการมีเหตุผลของทั้งสององค์ประกอบ
ขั้นตอนของกระบวนการตัด : การเฟสและ
ร้าวขยายเฟส ในกระดาษนี้เราเน้นในลักษณะต้านทานการเปลี่ยนรูปในเฟส
-
รูปมซึ่งอยู่ระหว่างกลาง ก่อนขยายรอยร้าวในเนื้อเยื่ออ่อน เรายัง
ศึกษาผลของความเร็วตัด ตัดมุม และความลึกของ
ตัดการต่อต้านเนื้อเยื่อในกระดาษนี้ ใน
กระดาษที่ตามมาเราจะกล่าวถึงรายละเอียดของการศึกษาเปรียบเทียบในลักษณะแตก

เราได้ดำเนินการขยายเฟส การทดลองกับเจ็ดความเร็วตัดและใบมีด
2 มุมคือ 45 และ 90 ด้วยความเคารพ
แกนแนวนอน เหมือนอวัยวะส่วนใหญ่ ตับ ตัวอย่างที่เราใช้ในการทดลองมีความไม่สม่ำเสมอ
ตามธรรมชาติในความหนา เราใช้ระบบกล้องสเตอริโอและ

ขั้นตอนการตรวจสอบการพัฒนาภาพลักษณ์ของการเปลี่ยนแปลงเวลาของที่ฝังตัวอยู่ลึกในเนื้อเยื่อ
ใบมีดที่ตัดขึ้นในตับ
ตัวอย่างที่มีความหนานูนธรรมชาติในทิศทาง ความลึก
ตัดของใบมีดในเนื้อเยื่อที่ใช้ปกติ
เพื่อบันทึกการบังคับ . ความลึกของการตัดรูปบังคับที่ใช้ในการตรวจสอบปัญหาผกผัน
มาตรฐานประสิทธิภาพในท้องถิ่น ( เลมัส ) ซึ่งเป็นตัวชี้วัดของการต้านทานของเนื้อเยื่ออ่อน คุณลักษณะของ