基于內(nèi)部壓力方法的人體軟組織彈性模型研究.pdf

1、人體軟組織彈性模型是指用于人體軟組織形變建模的形變模型。人體軟組織具有一系列生物力學特性,如不均勻性、各向異性、準不可壓縮性、非線性-塑性-粘彈性等。本文詳細介紹了其特性,并使用數(shù)學公式對其進行了描述。 早期的幾何形變模型僅僅反映了人體形變的幾何特征,隨著生物力學的發(fā)展和計算機運算速度的提高,物理形變模型得到了很大的發(fā)展,先后出現(xiàn)了質(zhì)量-彈簧模型和有限元模型。質(zhì)量-彈簧模型建模簡單、運算速度快但精度不高,魯棒性差；相比于離散的質(zhì)

2、量-彈簧模型,有限元模型是一種連續(xù)模型,有很高的計算精度但速度較慢。本文詳細說明了兩種方法的原理與算法,并介紹了其在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用。 然而,現(xiàn)有的質(zhì)量-彈簧模型和有限元模型都不同程度地存在建模復(fù)雜,計算速度慢,收斂性籌等缺點。針對其缺點,本文研究并改進了一種基于內(nèi)部氣體壓力的表面質(zhì)量-彈簧模型。此模型基于簡單物理學和熱力學原理,使用Clausius-Clapeyron氣體壓力公式,具有數(shù)據(jù)點少,渲染速度快,調(diào)節(jié)參數(shù)少等優(yōu)點

3、。本文對現(xiàn)有的歐拉積分方法進行改進,并提出了一種基于高斯散度定理精確計算不規(guī)則多面體體積的新算法。最后本文使用不同3D模型對對人體器官(如腎,手等)進行了模擬,分析了不同參數(shù)選擇對于模擬結(jié)果的影響。 長單元模型是一種新出現(xiàn)的基于物理的軟組織形變模擬方法,對于滿足帕斯卡定理和體積不變性的物體,它可以求出全局彈性形變的靜態(tài)解。其優(yōu)點在于網(wǎng)格數(shù)暈比四面體或立方體少一個數(shù)最級,而且模型中的物理參數(shù)可以使用體積變量(如：壓力、密度、體積和