軟組織針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的實時性研究.pdf

1、經(jīng)皮穿刺是微創(chuàng)手術(shù)的一個分支，在很多治療場合都有應(yīng)用，比如組織活檢、血栓摘除、腫瘤消融等。然而傳統(tǒng)的針穿刺訓(xùn)練方式直接在病人身體上進(jìn)行，有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥，針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)能夠有效的解決上述問題。本文主要對基于軟組織變形的針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的實時性進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了實時的基于軟組織變形的針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)。它由三個模塊組成，分別是有限元變形計算模塊、圖像顯示模塊和力反饋模塊，本文關(guān)于實時性的研究也主要圍繞這幾個方面。<

2、br>　　首先，通過網(wǎng)格尺寸函數(shù)來控制網(wǎng)格的尺寸大小指導(dǎo)非均勻網(wǎng)格劃分從而減少產(chǎn)生的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)目，實現(xiàn)有限元分析計算的加速。在針穿刺場合下，更關(guān)注針軌跡附近的變形，因此要求針軌跡附近的網(wǎng)格單元劃的密一些，其它的地方網(wǎng)格可以化的稀疏一些。同時應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)角度很小的網(wǎng)格單元，因此需要對網(wǎng)格尺寸函數(shù)的梯度進(jìn)行控制。通過建立基于穿刺軌跡的網(wǎng)格尺寸控制模型，能夠合理的分配節(jié)點在空間的分布，比均勻網(wǎng)格劃分產(chǎn)生的節(jié)點數(shù)少，有限元分析計算更快。

3、　　其次，利用快速點定位方法替代原來的點定位，對超聲圖像生成算法進(jìn)行優(yōu)化，使得生成二維超聲圖像的時間減少?？焖冱c定位充分地利用了四面體網(wǎng)格單元與超聲掃描平面的相交信息，使用一個中間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲像素點對應(yīng)的網(wǎng)格單元體編號，使得對圖像中所有點進(jìn)行點定位的時間縮短。中間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要依賴Bresenham畫線算法找到線段上的像素點并對像素點賦予相應(yīng)的單元體編號數(shù)值。在獲得中間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，依據(jù)垂直掃描的方法遍歷圖像中的所有像素點，計算像素點在