虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)關(guān)鍵問題在于既要提高軟組織模型形變的準(zhǔn)確性,又要保證其實時性。軟組織建模兩種常用方法為有限元模型和質(zhì)點彈簧模型,有限元雖然計算精度高,準(zhǔn)確性好,但巨大的計算量導(dǎo)致其實時性不足,難以滿足虛擬手術(shù)對于實時性要求。質(zhì)點彈簧模型雖然計算簡便,但計算精度不高,準(zhǔn)確性不足,且形變后形狀恢復(fù)能力較差。為了解決質(zhì)點彈簧模型存在的這些缺陷,提出了一種改進(jìn)的質(zhì)點彈簧模型,利用四面體建模,并創(chuàng)新性地加入向量彈簧。向量彈簧的回復(fù)力以及四面體彈簧的體積力都能夠提高模型形狀恢復(fù)性能,提高仿真精度。新型的質(zhì)點彈簧模型被用來對血管、心臟以及肝臟等軟組織建模,實驗結(jié)果表明,該模型在大幅提高虛擬軟組織形狀恢復(fù)能力的同時,也保持了較好的實時性。現(xiàn)有質(zhì)點彈簧模型彈簧參數(shù)通常憑經(jīng)驗對彈簧的剛度系數(shù),阻尼系數(shù)等參數(shù)賦值,難免會存在誤差,導(dǎo)致模型精確性不足。為了獲得盡可能準(zhǔn)確的模型參數(shù)以提高質(zhì)點彈簧模型的仿真精度,本文利用粒子群算法對提出的質(zhì)點彈簧模型彈簧勁度系數(shù)以及阻尼系數(shù)進(jìn)行了估計。在虛擬手術(shù)過程中,手術(shù)器械與軟組織的觸碰與交互需要通過碰撞檢測算法實現(xiàn)。考慮到虛擬手術(shù)對于實時性的需求,一般采用離散碰撞檢測以實現(xiàn)... 

【文章來源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 虛擬手術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 軟組織形變研究現(xiàn)狀
        1.3.1 有限元模型
        1.3.2 質(zhì)點彈簧模型
    1.4 碰撞檢測研究現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)
        1.5.1 本文主要研究內(nèi)容
        1.5.2 本文創(chuàng)新點
        1.5.3 本文的結(jié)構(gòu)
第2章 新型質(zhì)點彈簧模型
    2.1 引言
    2.2 傳統(tǒng)質(zhì)點彈簧模型
        2.2.1 質(zhì)點彈簧模型描述
        2.2.2 質(zhì)點彈簧力學(xué)分析
        2.2.3 時間積分方式
        2.2.4 質(zhì)點彈簧模型的缺陷
    2.3 向量彈簧
    2.4 四面體質(zhì)點彈簧模型
    2.5 實驗結(jié)果
        2.5.1 實驗環(huán)境
        2.5.2 血管模型試驗
        2.5.3 心臟模型試驗
第3章 新型質(zhì)點彈簧模型參數(shù)估計
    3.1 引言
    3.2 粒子群優(yōu)化算法
    3.3 參數(shù)估計
        3.3.1 有限元分析
        3.3.2 目標(biāo)函數(shù)的確定
    3.4 結(jié)果驗證
第4章 碰撞檢測與形變反饋計算
    4.1 引言
    4.2 虛擬手術(shù)中的碰撞檢測算法的不足
    4.3 改進(jìn)碰撞檢測算法
        4.3.1 碰撞檢測算法簡化
        4.3.2 算法原理與運行流程
        4.3.3 運動路徑規(guī)劃
        4.3.4 基于運動狀態(tài)分類的模型相交檢測
        4.3.5 基于二分回退的初始碰撞時間檢測
    4.4 實驗結(jié)果分析
        4.4.1 實驗條件
        4.4.2 碰撞檢測實時性測試
        4.4.3 碰撞檢測準(zhǔn)確性測試
第5章 虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)
    5.1 引言
    5.2 系統(tǒng)運行流程
    5.3 初始化模塊
    5.4 交互反饋模塊
    5.5 硬件模塊
    5.6 軟件平臺
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間的研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]虛擬手術(shù)中軟組織形變與觸覺反饋算法研究[J]. 贠今天,丁龍輝.  現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與健康研究電子雜志. 2018(04)
[2]虛擬手術(shù)中基于遺傳算法的質(zhì)點彈簧模型參數(shù)確定[J]. 陳穎,胡序一,朱奇光.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2015(06)
[3]基于改進(jìn)彈簧-質(zhì)點模型的形變建模及力反饋算法研究[J]. 陳衛(wèi)東,陳攀攀,朱奇光.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2015(05)
[4]基于改進(jìn)彈簧質(zhì)點模型的虛擬織物觸覺生成[J]. 秦聰,楊文珍,吳新麗,顏傳武,邵明朝.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2013(09)
[5]基于改進(jìn)彈簧振子模型的軟組織形變仿真[J]. 閆雒恒.  計算機(jī)仿真. 2012(07)
[6]虛擬手術(shù)中軟組織實時形變模型的研究進(jìn)展[J]. 徐少平,劉小平,張華,羅潔.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2010(02)
[7]實現(xiàn)牙體預(yù)備觸覺交互仿真的圖形顯示[J]. 劉冠陽,張玉茹.  計算機(jī)工程與應(yīng)用. 2007(06)
[8]一種快速精確的連續(xù)碰撞檢測算法[J]. 黃通浪,唐敏,董金祥.  浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2006(06)
[9]一種用于軟組織變形仿真的動態(tài)質(zhì)點彈簧模型[J]. 鮑春波,王博亮,劉卓,程明.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2006(04)
[10]虛擬手術(shù)系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀[J]. 邢英杰,張少華,劉曉冰.  計算機(jī)工程與應(yīng)用. 2004(07)

博士論文
[1]虛擬手術(shù)中軟組織形變建模方法的研究[D]. 張建國.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[2]虛擬現(xiàn)實中連續(xù)碰撞檢測算法研究[D]. 水泳.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[3]虛擬手術(shù)仿真中軟組織實時形變模型的研究[D]. 徐少平.南昌大學(xué) 2010

碩士論文
[1]虛擬手術(shù)軟組織形變建模與碰撞檢測技術(shù)研究[D]. 梅新奎.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[2]虛擬手術(shù)中基于填充球的軟組織形變模型的研究與實現(xiàn)[D]. 葉堃煜.南昌大學(xué) 2016
[3]虛擬手術(shù)中軟組織形變仿真研究[D]. 李建英.山東大學(xué) 2009
[4]基于質(zhì)點—彈簧模型的人體軟組織形變技術(shù)的研究[D]. 喬冰.哈爾濱工程大學(xué) 2008
[5]計算機(jī)模擬髖關(guān)節(jié)手術(shù)的研究[D]. 蘇永松.清華大學(xué) 2005



本文編號：3175257