基于徑向基點(diǎn)插值法的軟組織形變仿真.pdf

1、隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速、跳躍式發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)防軍事、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、教育科普等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。虛擬手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)可以讓新晉外科醫(yī)生在重構(gòu)的虛擬人體器官上進(jìn)行切割、觸碰、撕裂、流血、灼燒等一系列外科手術(shù)操作訓(xùn)練，較好地解決了傳統(tǒng)臨床醫(yī)生訓(xùn)練方法中存在的訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)、效率低、成本高等問題。實(shí)際外科手術(shù)過程中無論是切割操作還是觸碰操作都涉及軟組織的形變。因此，作為各種手術(shù)操作的公共部分，軟組織形變的模擬仿真一直是虛擬手術(shù)仿

2、真系統(tǒng)中的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。
　　首先本文介紹了虛擬手術(shù)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，對(duì)架構(gòu)中的各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)闡述。從基于物理和非物理模型的兩大建模體系對(duì)目前存在的各種軟組織建模方法進(jìn)行了綜述。然后使用極值法對(duì)導(dǎo)入的3dmax模型建立了基于六面體的背景網(wǎng)格，對(duì)該模型進(jìn)行內(nèi)部剖分后建立了虛擬手術(shù)系統(tǒng)中可使用的點(diǎn)云模型。從基本的彈性力學(xué)方程組出發(fā)，推導(dǎo)了該方程的離散及變分形式，采用基于徑向基點(diǎn)插值的無網(wǎng)格方法模擬仿真了軟組織的形變，使用該方法對(duì)

3、三維懸臂梁進(jìn)行了形變實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該方法較好的模擬仿真了懸臂梁的形變。為了更好的表現(xiàn)出軟體特有的滯后、松弛和蠕變等粘彈性，本文將 Kelvin粘彈性力學(xué)模型引入基于徑向基點(diǎn)插值的軟組織形變仿真方法中，并使用Kelvin增量格式進(jìn)行形變求解。最后使用人體胃器官進(jìn)行形變仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該模型不但較好的表現(xiàn)了軟組織的形變過程，而且較好的呈現(xiàn)了軟組織的粘彈性。與傳統(tǒng)的FEM方法進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明本文所述方法的形變計(jì)算的精確度更高，在