多层组织穿刺过程中针偏转的预测

杨旭，林艳萍

（上海交通大学 生物医学制造与生命质量工程研究所，上海 200240） 

摘要：经皮穿刺是一种广泛应用于医学领域的微创手术，其成功的关键在于穿刺针的精准定位。然而，穿刺针与软组织之间的相互作用会导致穿刺针发生偏转，从而偏离目标。本研究提出了一种基于耦合欧拉-拉格朗日法的有限元模型，用于预测穿刺针在刺入多层软组织过程中发生的偏转。该模型通过引入多层弹性组件来模拟软组织的非线性行为，以准确反映穿刺针与软组织的相互作用。采用聚乙烯醇制作了模拟人体组织特性的多层体模，并通过不同插入深度和穿刺针类型的实验验证了仿真结果的有效性。预测模型的平均偏转误差为（1.38 ± 0.25）mm。本研究加深了对穿刺针与软组织相互作用的理解，为优化经皮穿刺手术提供了有价值的工具。该模型有潜力集成到实时穿刺导航系统中，有助于提升手术的精确性和安全性，并减少由穿刺针偏转导致的并发症。

关键词：针插入，有限元分析，针偏转，聚乙烯醇体模

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Cite this article: Yang, X., Lin, Y. Prediction of Needle Deflection During Insertion into Multilayer Tissues. J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.) (2025). https://doi.org/10.1007/s12204-025-2817-5