基于無網格方法的軟組織形變模型.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實與計算機技術的不斷發(fā)展，虛擬手術在醫(yī)療衛(wèi)生領域發(fā)揮的作用越來越大，不僅可用于手術技能培訓，還可用于手術規(guī)劃、手術預演、手術導航等。在虛擬手術中，軟組織形變仿真是最為關鍵的技術，其基本任務是模擬手術器械與軟組織接觸時的形變情況。雖然軟組織形變模型已從非物理模型發(fā)展為基于物理特性的形變模型，但現(xiàn)有的大多數(shù)形變模型是基于網格的模型，在發(fā)生大變形或切割、縫合等拓撲結構改變時容易出現(xiàn)網格畸變或者需要重構網格，嚴重影響形變仿真的精度和效

2、率。本文主要針對現(xiàn)有模型的不足，對虛擬手術中的軟組織形變仿真進行較為深入的研究，主要研究內容是：基于粘彈性力學模型，構建無網格伽遼金與質點彈簧耦合的軟組織形變模型，實現(xiàn)軟組織的形變仿真。
　　 采用無網格伽遼金與質點彈簧耦合的軟組織模型來描述軟組織，針對手術操作過程的局部性，將接受手術的軟組織分為兩部分來處理，即手術區(qū)域和非手術區(qū)域。在手術區(qū)域采用無網格伽遼金法獲取精確模擬，在非手術區(qū)域采用質點彈簧法提高模擬效率。由于無網格伽遼

3、金法對離散模型的邊界定義較為模糊，本文提出確定無網格邊界的搜索算法。該算法適應性強，并為后續(xù)過渡單元近似位移函數(shù)的建立奠定堅實的基礎。
　　 為有效建立無網格區(qū)域與質點彈簧區(qū)域之間的光滑過渡，因此，需要在兩個區(qū)域之間建立近似位移函數(shù)。本文提出了在無網格區(qū)域與質點彈簧區(qū)域之間建立過渡單元，并在過渡單元內建立過渡節(jié)點；設計了過渡單元搜索算法，根據(jù)過渡節(jié)點必須滿足的位移和力平衡條件建立過渡單元的近似位移函數(shù)。
　　 為了驗證本