10、软组织操纵与3D打印微流控技术探讨

软组织操纵与3D打印微流控技术探讨

1. 软组织操纵相关问题

在软组织操纵领域，存在诸多需要解决的问题，如器官操纵控制中器官变形的高精度估计、软组织操纵的控制等。

1.1 软组织操纵控制难点

在软组织操纵控制中，存在间接同时定位问题。需要将物体上的多个控制点同时操纵到期望位置，但控制点难以直接操纵，因此需要借助物体表面的操纵点来实现操纵。操纵点是操纵器与物体的接触点，控制点则是物体上需要控制的点。

1.2 器官包的力学建模

目前有三种用于软组织建模的方法：有限元法（FEM）、质量 - 弹簧 - 阻尼器法（MSD）和再生核粒子法（RKPM）。
- 有限元法（FEM） ：是一种解决工程和数学物理问题的数值方法。在对复杂物体建模时容易出错，分析大变形物体时求解精度低，难以同时满足高精度和高效率的要求。
- 质量 - 弹簧 - 阻尼器法（MSD） ：通过一组有质量的点，用弹簧、阻尼器或其组合连接来描述物体。能较好地描述物体的粘弹性行为，计算效率比FEM高。但该方法存在一些缺点，模型参数难以估计，存在系统误差，且难以处理物体的大变形。
- 再生核粒子法（RKPM） ：是一种无网格方法，利用积分变换中的修正函数来施加再生条件。该方法能准确模拟极大变形，且不存在网格畸变问题，因为其计算不需要显式网格。通过改变粒子定义可轻松实现自适应建模，无需重新划分网格。与FEM相比，RKPM节点间距的不均匀性不会导致网格形状不规则，在大变形下具有更高的求解精度。由于其光滑的形状函数，RKPM在处理大材料变形时比FEM更