基于徑向基點插值法的軟組織形變仿真.pdf

1、隨著電子和計算機技術(shù)的快速、跳躍式發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國防軍事、生物醫(yī)學、航空航天、教育科普等領域得到廣泛的應用。虛擬手術(shù)仿真訓練系統(tǒng)可以讓新晉外科醫(yī)生在重構(gòu)的虛擬人體器官上進行切割、觸碰、撕裂、流血、灼燒等一系列外科手術(shù)操作訓練，較好地解決了傳統(tǒng)臨床醫(yī)生訓練方法中存在的訓練時間長、效率低、成本高等問題。實際外科手術(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)中的一個重要研究領域。
　　首先本文介紹了虛擬手術(shù)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，對架構(gòu)中的各個模塊進行了詳細闡述。從基于物理和非物理模型的兩大建模體系對目前存在的各種軟組織建模方法進行了綜述。然后使用極值法對導入的3dmax模型建立了基于六面體的背景網(wǎng)格，對該模型進行內(nèi)部剖分后建立了虛擬手術(shù)系統(tǒng)中可使用的點云模型。從基本的彈性力學方程組出發(fā)，推導了該方程的離散及變分形式，采用基于徑向基點插值的無網(wǎng)格方法模擬仿真了軟組織的形變，使用該方法對

3、三維懸臂梁進行了形變實驗，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粘彈性力學模型引入基于徑向基點插值的軟組織形變仿真方法中，并使用Kelvin增量格式進行形變求解。最后使用人體胃器官進行形變仿真實驗，實驗結(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方法進行了對比實驗，結(jié)果表明本文所述方法的形變計算的精確度更高，在