Анализ контактного взаимодействия искусственного видеотактильного механорецептора с мягкими биологическими тканями

Исследования связаны с разработкой видеотактильного датчика (сенсора), предназначенного для пальпации тканей во время проведения малоинвазивных хирургических операций. Датчик состоит из микровидеокамеры, источника света, системы фокусирующих линз и чувствительного элемента (головки), изготовленного из упругого прозрачного материала. Целью выполненного исследования является построение алгоритмов обработки информации, получаемой в процессе контактного взаимодействия головки датчика с исследуемой тканью, и проведение сравнительного анализа влияния формы и материала головки на снимаемую при индентировании информацию. Разработана математическая модель контактного взаимодействия чувствительной головки сенсора с мягкой биологической тканью, позволяющая оценить характеристики напряженно-деформированного состояния внедряемой головки и исследуемой ткани, включая контактные характеристики, которые доступны измерению при индентировании, такие как радиальные перемещения точек поверхности головки сенсора, размер области контакта, распределение контактных напряжений. Рассмотрено два типа головки сенсора: в форме сплошного и полого сферических сегментов. Методом конечных элементов выполнена серия расчетов по изучению напряженно-деформированного состояния взаимодействующих тел вблизи области контакта. Для сплошной головки в области малых упругих деформаций полученное численное решение сопоставлено с классическим решением задачи Герца. Построено распределение радиальных компонент перемещений по внешнему контуру головки сенсора при различных соотношениях модулей упругости сенсоров и мягкой биологической ткани. По результатам расчетов определено, что наиболее чувствительным к величине перемещений рисок, нанесенных на внешней поверхности головки, является индентор в форме оболочки. На основании проведенных исследований даны рекомендации по выбору формы и материала головки искусственного тактильного сенсора.