ИСТИНА

Разработано устройство для определения упругих свойств мягких тканей человека, которое может быть применено в процессе проведения хирургической малоинвазивной операции. Принцип работы устройства основан на индентировании исследуемого участка ткани датчиком, причем в процессе контактного взаимодействия деформируется как исследуемый материал, так и сферический наконечник датчика. Устройство содержит средство измерения деформации головки датчика и видеокамеру для фиксации размера области контакта. На основе математической модели с учетом получаемых данных о деформации наконечника датчика и размера области контакта удается рассчитать искомое значение модуля упругости испытываемого материала. Проведены экспериментальные испытания на трех материалах, отличающихся по жесткости. Показано, что устройство позволяет определять модуль упругости материалов в диапазоне значений менее 250 кПа с высокой достаточной точностью (ошибка ниже 5%). Разработано дополнительное устройство, обеспечивающее различное избыточное давление воздуха в камере сенсора и проведена его отладка. Как показано на предыдущем этапе выполнения проекта, диапазон сближения устройства с исследуемым образцом ограничен сверху, так как при больших значениях внедрения возможен переход к кольцевой области контакта. Дополнительным параметром управления податливостью сенсора является избыточное давление воздуха в диапазоне от 6 до 15 кПа, создаваемое внутри оболочки чувствительного элемента. Увеличение давления воздуха в камере позволяет увеличить диапазон сближения индентора и контробразца. Кроме того, возможность изменения давления внутри силиконовой головки дает возможность менять жесткость конструкции видеотактильного датчика. Таким образом, обеспечивается возможность измерения характеристик упругости различных материалов, существенно отличающихся друг от друга значением модуля упругости. Получены результаты испытаний на различных материалах. При индентировании, помимо контролируемой нагрузки на устройство, обеспечено измерение двух контактных характеристик: радиуса области контакта и смещения центральной точки оболочки, получаемого оптическим датчиком перемещения. Проведено тарирование оптического бесконтактного датчика при индентировании мягкой головкой недеформируемого основания и калибровка видеокамеры, фиксирующей область контакта. На примере желатинового желе проведена идентификация модуля упругости мягкого материала, проведен анализ контактных характеристик от величины нагрузки и гидростатического давления внутри оболочки сенсора, коэффициента трения. Показано, что механическое поведение желе из желатина при контактном взаимодействии с сенсором хорошо описывается моделью несжимаемого линейно-упругого тела. Ошибка в оценке модуля упругости исследуемого образца не превышает 5%. Проведен анализ результатов расчетов распределения контактного давления, а также радиуса области контакта при разных величинах внедрения головки сенсора в биологическую ткань, моделируемую несжимаемым линейно упругими телом, при разных значениях давления воздуха внутри головки сенсора ( 6 и 15 кПа), а также при наличии внутри биоткани уединенного сферического включения . Построена осесимметричная модель контактного взаимодействия сенсора диаметром 10 мм и пневмокамерой с трехслойным телом, где верхний и нижний слои обладают характеристиками свиной печени, а средний моделирует относительно твердое включение, соответствующее отваренной печени и значительно превосходящее по размерам область контакта. Модель также может применяться для расчета контактных характеристик при взаимодействии сенсора с кожными покровами.