虛擬手術(shù)若干技術(shù)研究.pdf

1、虛擬手術(shù)是虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，它在計算機中生成一個逼真的手術(shù)場景，可以用來模擬手術(shù)過程中可能遇到的各種現(xiàn)象。虛擬手術(shù)可用于外科醫(yī)生培訓(xùn)、手術(shù)效果預(yù)測、手術(shù)方案制定、手術(shù)導(dǎo)航以及新型手術(shù)技術(shù)和設(shè)備的研究開發(fā)等。虛擬手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)主要包括模型構(gòu)建、軟組織變形、觸覺反饋和真實感渲染等方面。
　　 本文主要針對虛擬手術(shù)中的軟組織形變以及真實感渲染進行研究與實驗，主要內(nèi)容包括:基于光滑粒子流體動力學(xué)(Smoothed Particle

2、 Hydrodynamics Method，SPH)的軟組織形變模擬，基于L-系統(tǒng)(L-System)方法對人體腹部器官血管模擬和基于晶格波爾茲曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)的流體模擬。
　　 對于軟組織形變，基于SPH方法，根據(jù)黏彈性模型，建立形變仿真的控制方程;選擇合適的支持域搜索策略和光滑核函數(shù)，對方程組的各相關(guān)項進行近似計算。在每一時間步，計算各粒子的密度、位置、速度等物理量;然后根

3、據(jù)粒子狀態(tài)信息將模型在屏幕上顯示，并使用光照渲染，模擬出軟組織器官受到外力時的實時形變過程。
　　 對于器官血管的繪制，根據(jù)人體血管分枝結(jié)構(gòu)的生理模型和幾何特征，采用隨機參數(shù)L系統(tǒng)，由不同的重寫規(guī)則和參數(shù)生成各種器官的血管結(jié)構(gòu)，從而體現(xiàn)血管的整體統(tǒng)計規(guī)律和局部隨機性質(zhì)。
　　 對于基于LBM的流體模擬，采用流體運動控制方程(Navier-Stokes，NS方程)描述流體，并利用LBM對NS方程進行求解，在兩種流體的交互過