基于有限元的實(shí)時(shí)變形技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、變形仿真是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)物體受力變形過程進(jìn)行的模擬,要求精確性及實(shí)時(shí)性。有限元方法有著深厚的物理背景,尤其適用于需要提供精確形變仿真的場合,如虛擬手術(shù)仿真等,唯一的缺點(diǎn)是計(jì)算量較大。虛擬手術(shù)的出現(xiàn)給醫(yī)生帶來了更多的手術(shù)資源、更短的培訓(xùn)周期和更低的培訓(xùn)成本。由于活體組織的獲取極為困難,角膜虛擬手術(shù)成為當(dāng)今虛擬手術(shù)領(lǐng)域中迫切需要發(fā)展研究的對(duì)象。
　　首先,本文參數(shù)化構(gòu)造了一種人眼有限元模型,利用它進(jìn)行了眼內(nèi)壓加載、手術(shù)器械接觸及針刺

2、仿真;然后,為提高仿真速度,對(duì)人眼模型進(jìn)行簡化,建立了局部有限元計(jì)算模型及混合模型;最后,構(gòu)建了人眼角膜質(zhì)點(diǎn)彈簧模型,并對(duì)比了有限元模型與質(zhì)點(diǎn)彈簧模型仿真的真實(shí)性及實(shí)時(shí)性。研究最終目的是為角膜虛擬手術(shù)提供合適的變形仿真模型。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)綜合分析了虛擬手術(shù)的硬件組成、軟件組成及關(guān)鍵技術(shù),具體研究了虛擬手術(shù)中利用有限元實(shí)現(xiàn)形變模擬的原理及計(jì)算模型。
　　(2)研究了人眼的生理結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性,基于臨床平均數(shù)據(jù)

3、建立了較完整的人眼三維有限元模型,實(shí)現(xiàn)了模型在不同眼內(nèi)壓加載仿真,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,表明該模型可以準(zhǔn)確仿真角膜形變。
　　(3)提出了構(gòu)造局部計(jì)算模型的方法,有效降低了實(shí)時(shí)仿真計(jì)算量。研究建立角膜及部分鞏膜的局部有限元模型,并權(quán)衡計(jì)算精度及計(jì)算耗費(fèi)對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化,提高了角膜手術(shù)接觸變形仿真速度;根據(jù)角膜手術(shù)在特定區(qū)域切割、縫合且形變量小的特點(diǎn),構(gòu)建了相應(yīng)的混合有限元模型,降低了針刺過程仿真的計(jì)算量。
　　(4)利用 CHA