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摘要经皮穿刺是一种常见的微创手术，相对于使用钢针而言，使用柔性针能够穿刺到钢针无法穿刺到的位置，同时绕开人体的重要组织（如血管及神经等），从而提高手术安全性与精准度，并降低并发症的风险。因此可控的柔性针引起了学者们的广泛关注。在柔性针的穿刺过程中，为了使柔性针能够准确地穿刺到病灶点，知道柔性针在组织内的弯曲变形轨迹是非常重要的。然而柔性针的弯曲变形通常无法直接获得，因此借助一些反馈手段来对其进行实时的检测或预测是非常重要的。而在柔性针的弯曲变形过程中，当柔性针旋转时会出现一种回弹现象，这种现象会使柔性针偏离其原本的路线，从而增加手术的风险。<br>　　为解决上述问题，在第二章中本文基于力学对柔性针在穿刺过程中与组织之间的相互作用关系进行了分析，将针在穿刺过程中受到的力描述为进给力、夹紧力、加紧摩擦力、组织抵抗力、组织抵抗摩擦力、切割反力、切割摩擦力。并将造成穿刺过程在柔性针弯曲变形的原因归结于组织抵抗力、切割反力、切割摩擦力。基于建立的力学模型，本文利用一种基于最小势能原理的方法——瑞丽利兹法对空间中柔性针的弯曲变形进行了建模。<br>　　在第三章中本文对柔性针的回弹原因进行了分析，将原因归结于针在旋转后这三种力的变化，最终基于弹性力学理论提出了一个模型来对 3D 空间中柔性针的回弹位移进行计算，并通过将其与柔性针弯曲变形模型进行叠加，以对在空间中考虑回弹的柔性针弯曲变形进行预测。<br>　　第四章中本文对 FBG 的基本工作原理、以及形状传感原理进行了阐述与分析，并提出了一种基于 FBG 的柔性针形状重建方法，即将 5 套布拉格光栅阵列的光纤嵌入到柔性针中，并基于 FBG 弯曲时的反馈信息与一种基于Cosserat杆理论的方法来对柔性针的3D形状进行重建。<br>　　在第五章中，本文在琼脂组织内进行了多组穿刺实验，同时利用相机来捕捉组织中的柔性针轨迹，将其作为真实值与基于本文所提出的方法预测的考虑回弹的柔性针弯曲变形以及重建的柔性针 3D 形状进行对比，以对本文提出的方法进行验证。结果表明本文提出的考虑回弹的柔性针空间弯曲变形预测模型的平均误差（均方根误差，最大误差）为 0.45mm （ 0.35mm ， 0.98mm），基于 FBG 的柔性针形状重建模型的平均误差（均方根误差，最大误差）为0.15mm（0.18mm，0.21mm）。两种模型的误差均满足临床需求。