虛擬手術中軟組織切割變形仿真研究.pdf

1、虛擬外科手術仿真系統(tǒng)主要應用于醫(yī)學教育、外科手術計劃、手術培訓、術中輔助支持等,而人體軟組織及器官的切割變形仿真是虛擬手術仿真的重要組成部分,需要滿足實時性、穩(wěn)定性和真實性的要求。對于變形模型而言,一般的質點彈簧模型可以滿足實時性的要求,但是不具有穩(wěn)定性,而傳統(tǒng)的有限元模型雖然可以較準確的模擬粘彈性特征,但是巨大的時間消耗使得這個方法很難給出實時的反饋:對于切割模型而言,基于元素的剔除的方法雖然易實現(xiàn),但容易失真和丟失材質,而基于面片的

2、分離只適合曲面而不適合于實體的切割仿真,基于元素細分的方法雖然切割效果較真實但會增加幾何元素,導致計算效率的降低甚至數(shù)值計算失敗。
　　 本文在考慮了仿真的實時性和穩(wěn)定性的基礎上,提出四面體形狀匹配算法作為變形模型,為了使變形效果更真實,提出基于連通點的方法來改進原無網(wǎng)格形狀匹配算法的形狀匹配區(qū)域的選擇,提高變形的自由度和細節(jié)展示:在切割模型方面,本文選擇并實現(xiàn)了一個尋找近似切面的切割算法,此算法保持網(wǎng)格尺寸,效果真實:在整合流

3、程的過程中,為了便于后續(xù)的繪制和真實體現(xiàn)切割效果,本文提出了一個規(guī)則的可擴展的幾何建模方法,即由等距采樣點生成四面體網(wǎng)格的方法,采用隨機增量翻轉算法由采樣點生成網(wǎng)格。上述三個方面的工作,使得一個快速、穩(wěn)定、真實的切割變形仿真得以實現(xiàn)。
　　 本文的切割變形算法滿足實時性、穩(wěn)定性和真實性?；谛螤钇ヅ涞淖冃嗡惴ň哂匈|點彈簧系統(tǒng)具有的快速性和質點彈簧系統(tǒng)不具有的穩(wěn)定性,通過基于連通點的形狀區(qū)域劃分得到類似于有限元的真實性；而且,基于