基于無網(wǎng)格方法的軟組織形變模型.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬手術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越大，不僅可用于手術(shù)技能培訓(xùn)，還可用于手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)預(yù)演、手術(shù)導(dǎo)航等。在虛擬手術(shù)中，軟組織形變仿真是最為關(guān)鍵的技術(shù)，其基本任務(wù)是模擬手術(shù)器械與軟組織接觸時(shí)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(wǎng)格的模型，在發(fā)生大變形或切割、縫合等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變時(shí)容易出現(xiàn)網(wǎng)格畸變或者需要重構(gòu)網(wǎng)格，嚴(yán)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(shù)中的軟組織形變仿真進(jìn)行較為深入的研究，主要研究內(nèi)容是：基于粘彈性力學(xué)模型，構(gòu)建無網(wǎng)格伽遼金與質(zhì)點(diǎn)彈簧耦合的軟組織形變模型，實(shí)現(xiàn)軟組織的形變仿真。
　　 采用無網(wǎng)格伽遼金與質(zhì)點(diǎn)彈簧耦合的軟組織模型來描述軟組織，針對手術(shù)操作過程的局部性，將接受手術(shù)的軟組織分為兩部分來處理，即手術(shù)區(qū)域和非手術(shù)區(qū)域。在手術(shù)區(qū)域采用無網(wǎng)格伽遼金法獲取精確模擬，在非手術(shù)區(qū)域采用質(zhì)點(diǎn)彈簧法提高模擬效率。由于無網(wǎng)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(wǎng)格邊界的搜索算法。該算法適應(yīng)性強(qiáng)，并為后續(xù)過渡單元近似位移函數(shù)的建立奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　 為有效建立無網(wǎng)格區(qū)域與質(zhì)點(diǎn)彈簧區(qū)域之間的光滑過渡，因此，需要在兩個(gè)區(qū)域之間建立近似位移函數(shù)。本文提出了在無網(wǎng)格區(qū)域與質(zhì)點(diǎn)彈簧區(qū)域之間建立過渡單元，并在過渡單元內(nèi)建立過渡節(jié)點(diǎn)；設(shè)計(jì)了過渡單元搜索算法，根據(jù)過渡節(jié)點(diǎn)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(yàn)證本