光纤力传感器设计及其在组织类型和边界鉴定中的应用

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1、万方数据硕士专业学位论文光纤力传感器设计及其在组织类型和边界鉴定中的应用DevelopmentofaFiber0pticForceSensoranditsApplicationtoIdentificationofTissueTypesandBoundaries作者：朱海峰导师：杨唐文北京交通大学北尿父迥大芋2014年6月劣久怠暴▲，，)泓万方数据学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，

2、提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：桫华年‘月侈日签字日期C；hI!：≯年么月／歹日万方数据学校代码：10004北京交通大学硕士专业学位论文密级：公开光纤力传感器设计及其在组织类型和边界鉴定中的应用DevelopmentofaFiberOpticForceSensoran

3、ditsApplicationtoIdentificationofTissueTypesandBoundaries作者姓名：朱海峰导师姓名：杨唐文学号：12125135职称：副教授工程硕士专业领域：电子与通信工程学位级别：硕士北京交通大学2014年6月万方数据致谢人生中最重要的两年能够在北京交通大学信息科学研究所学习，实属幸事。两年中，自己在知识和能力方面有许多进步。在这重要的人生阶段，幸运地遇到了许多入，让我成长，不仅是在学业上，还有在思想上。首先要特别感谢我的导师杨唐文副教授。在研究生学习期间，杨

4、老师给我悉心教导，带我进入科研，领略科技的前沿，使我深受启迪。从科研题目选择到项目的实施，从实验手段到论文的撰写，杨老师时刻把关。杨老师不仅是我科研上的导师，在平时生活中也给我许多关心，在做人方面，潜移默化地影响着我。学习期间，身边的同学也给予我许多的支持及帮助，包括尹航、陈盼飞，以及实验室其他同学，在此，亦向他们表达我的感谢。另外，感谢我的家人多年来对我的培养、支持和理解。本文的研究工作得到国家自然科学基金(项目号：61375109和61273356)和机器人学国家重点实验室开放基金(2013．01

5、2)的资助，谨致谢意!万方数据北京交通大学硕士专业学位论文摘要在微创外科中，细长的手术器械和组织之间的相互作用力十分复杂且难以测量，精确获取手术器械远端的触觉力成了难点。而触觉力信息缺失导致的过大操作力和组织创伤，是目前微创外科的主要问题，开展相关研究具有重要意义。论文主要完成了以下的工作：首先，根据针在穿刺过程中的受力模型，分析针尖所受的作用力，即在器官外膜刺穿之前，作用在针尖上的刚性力，及刺穿后撕裂组织的切割力。作用力引起针弯曲形变，利用有限元法对针进行应变分析，为后续力传感器设计及集成提供依据。

6、其次，根据法布里一珀罗干涉，阐述光纤力传感器设计原理，建立法一珀腔长与光强的调制解调关系，设计传感器的光纤光学链路，并依据有限元分析得到的针尖应变结果，确定激光光源及光纤传感器法一珀腔长相关参数，完成传感器封装后将其集成在穿刺针的针尖内腔中。然后，搭建光纤力传感器的标定平台，对光纤力传感器进行标定，建立力与输出光功率信号的关系公式，对传感器的测量范围、精度和分辨率等进行分析。最后，利用集成了光纤力传感器的穿刺针，对新鲜的猪肝脏组织和多层肌肉与脂肪的分层组织进行穿刺实验，采集穿刺过程中针尖的受力数据。基

7、于小波变换理论，对数据进行模式分析，实现组织类型和边界鉴定。论文研制了一类光纤力传感器，利用它采集穿刺过程中针尖的受力数据，实现组织类型和边界鉴定。根据肝脏组织和分层组织上的穿刺实验，证明了光纤力传感器的实用性以及其在组织类型和边界鉴定应用中的可行性。关键词：光纤力传感器；法布里一珀罗干涉；针穿刺；组织类型和边界鉴定万方数据北京交通大学硕士专业学位论文ABSTRACTABSTRACTInaminimallyinvasivesurgeryOrris)，interactiveforcebetweensle

8、ndersurgeryinstrumentandsofttissueiscomplicatedandisdifficulttomeasure．HowtopreciselymeasuretheinteractiveforceatthetipofamescalinsmmaentisachallengingissueforMIS．Excessivemanipulatingforceandtissuetraumacausedduetotheabsenceofta