虛擬手術(shù)中軟組織切割變形仿真研究.pdf

1、虛擬外科手術(shù)仿真系統(tǒng)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育、外科手術(shù)計(jì)劃、手術(shù)培訓(xùn)、術(shù)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(shù)仿真的重要組成部分,需要滿足實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和真實(shí)性的要求。對于變形模型而言,一般的質(zhì)點(diǎn)彈簧模型可以滿足實(shí)時(shí)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(zhǔn)確的模擬粘彈性特征,但是巨大的時(shí)間消耗使得這個(gè)方法很難給出實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn),但容易失真和丟失材質(zhì),而基于面片的

2、分離只適合曲面而不適合于實(shí)體的切割仿真,基于元素細(xì)分的方法雖然切割效果較真實(shí)但會增加幾何元素,導(dǎo)致計(jì)算效率的降低甚至數(shù)值計(jì)算失敗。
　　 本文在考慮了仿真的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)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(shí),提出基于連通點(diǎn)的方法來改進(jìn)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(xì)節(jié)展示:在切割模型方面,本文選擇并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)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(shí):在整合流

3、程的過程中,為了便于后續(xù)的繪制和真實(shí)體現(xiàn)切割效果,本文提出了一個(gè)規(guī)則的可擴(kuò)展的幾何建模方法,即由等距采樣點(diǎn)生成四面體網(wǎng)格的方法,采用隨機(jī)增量翻轉(zhuǎn)算法由采樣點(diǎn)生成網(wǎng)格。上述三個(gè)方面的工作,使得一個(gè)快速、穩(wěn)定、真實(shí)的切割變形仿真得以實(shí)現(xiàn)。
　　 本文的切割變形算法滿足實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和真實(shí)性。基于形狀匹配的變形算法具有質(zhì)點(diǎn)彈簧系統(tǒng)具有的快速性和質(zhì)點(diǎn)彈簧系統(tǒng)不具有的穩(wěn)定性,通過基于連通點(diǎn)的形狀區(qū)域劃分得到類似于有限元的真實(shí)性；而且,基于