軟組織形變建模方法的實驗研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練當(dāng)中，人們常常使用動物尸體作為手術(shù)訓(xùn)練對象，但由于尸體和富有生命的活體組織在力學(xué)特性方面存在較大差異，從而導(dǎo)致訓(xùn)練的效果不盡如意。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，科學(xué)家們將注意力轉(zhuǎn)移到虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)，并對這項技術(shù)做了多方面的研究。通過構(gòu)建多感知的虛擬手術(shù)系統(tǒng)，可以為醫(yī)生提供手術(shù)方案的制定、預(yù)演、手術(shù)結(jié)果的預(yù)測以及計算機輔助手術(shù)等功能。虛擬手術(shù)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上的重要應(yīng)用，該技術(shù)的誕生和發(fā)展為醫(yī)生們提供了諸多的便利

2、，同時也使得廣大病患從中受益。與此同時，當(dāng)前的虛擬手術(shù)系統(tǒng)真實度與真實的手術(shù)場景還存在較大的差距，如何構(gòu)建出更加完善的虛擬手術(shù)系統(tǒng)依然是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。本文深入分析了國內(nèi)外軟組織建模方法的研究現(xiàn)狀，針對現(xiàn)有的虛擬手術(shù)建模中，通常采用理論推導(dǎo)進行建模與真實模型有差距的缺陷，以及傳統(tǒng)建模方法重點研究軟組織形變的視覺效果，而缺乏力學(xué)效果分析，從而導(dǎo)致理論推導(dǎo)的形變模型與真實的軟組織在應(yīng)力作用下的行為存在一定差異的問題。為此，本文對質(zhì)點-

3、彈簧和最小二乘支持向量機兩種軟組織形變建模方法進行比較，提出并構(gòu)建了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取精確的軟組織應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)，然后用基于支持向量機對實驗數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)辨識，建立了軟組織的形變模型。
　　本研究首先采用質(zhì)點-彈簧模型建立軟組織形變模型。通過對有限元模型和傳統(tǒng)的質(zhì)點-彈簧模型建模方法進行深入的分析和比較，本文采用了質(zhì)點-彈簧模型作為第一個研究方法建立軟組織的形變模型；，應(yīng)用3D Studio Max構(gòu)建了軟組織的幾

4、何模型，并使用OpenGL三維圖形庫進行視覺渲染。其次，提出了利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方法采集軟組織形變數(shù)據(jù)的方法。為采集數(shù)據(jù)方便將軟組織模塊進行網(wǎng)格化劃分；為采集到準(zhǔn)確的形變數(shù)據(jù)，利用基恩士LK-G155激光測距儀、ATI DAQ F/T力采集裝置和控制裝置構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，再結(jié)合圖像處理方法采集和計算出在按壓力下產(chǎn)生的水平形變和垂直形變的位移即形變數(shù)據(jù)。再次，提出基于最小二乘支持向量機進行軟組織建模。通過對本文的需求分析，設(shè)計辨識實驗步驟；