基于點模型的軟組織切割仿真研究與實現(xiàn).pdf

1、虛擬手術作為虛擬現(xiàn)實技術的重要應用，在推動醫(yī)學可視化和醫(yī)學手術培訓方面，具有重大意義和廣闊前景。軟組織切割仿真是虛擬手術中的關鍵技術之一，如何實現(xiàn)快速的模型切割和逼真的繪制效果，是當前生物醫(yī)學工程領域極具挑戰(zhàn)性的課題之一。
　　點繪制是對三維掃描技術獲得的模型表面采樣點，進行直接繪制的技術。他拋棄了傳統(tǒng)三維模型渲染管線中對三角網格模型的依賴。本文基于近些年快速發(fā)展的點繪制技術，利用點繪制方法在模型細節(jié)真實感繪制的優(yōu)勢，在保證仿真效

2、率的同時，提高模型繪制質量。圍繞該思想，本文主要開展了以下工作：
　　1、針對切面采樣點增長導致性能惡化的問題，提出一種自平衡多路 Kd樹的數(shù)據(jù)結構——BMKT，通過將表面采樣點進行空間劃分，將模型組織成平衡的空間層次結構。當有新的采樣點加入到模型中時，基于節(jié)點的分裂和合并操作，保證節(jié)點的孩子數(shù)量在分支因子區(qū)間的可控范圍內，實現(xiàn)動態(tài)平衡的節(jié)點插入。
　　2、提出一套基于點模型的碰撞檢測、切面繪制和拓撲控制方法。利用BMKT與

3、手術刀前端的快速碰撞檢測，跟蹤切割位置，擬合光滑參數(shù)切面，并通過對參數(shù)曲面重采樣，將覆蓋切面的采樣點插入到 BMKT中，保證了點模型的均勻一致。利用模型內部仿真節(jié)點間的鄰域關系構建模型拓撲無向圖，來判斷模型拓撲是否改變。提出一種基于歐幾里得最優(yōu)距離的啟發(fā)式搜索算法——P*算法，當鄰域節(jié)點間的連接關系被切面阻擋時，可以快速地判定模型拓撲一致性的改變。
　　在上述算法的基礎上，作者通過開發(fā)原型系統(tǒng)，對一塊肝臟模型進行切割實驗。實驗結果