【摘要】：隨著經(jīng)濟、社會的不斷發(fā)展,人們的生活方式發(fā)生了巨大變化,心腦血管疾病的發(fā)病率和死亡率逐年增高,已經(jīng)成為危害人類健康的頭號殺手,針對心腦血管疾病的治療方法很多,血管介入手術(shù)則為最有效的方法,因此對血管介入手術(shù)的研究也就成為了重要的研究課題。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,虛擬仿真技術(shù)的革新,虛擬血管介入手術(shù)訓練已經(jīng)成為培訓醫(yī)師的一種有效方法,有著低成本、無損傷性、可重復性和可指定性的巨大優(yōu)勢。虛擬血管介入手術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵在于虛擬介入手術(shù)導絲的建模以及導絲與血管之間的碰撞檢測,目前的導絲建模方法均為離散,也沒有提出針對導絲這種細而長的柔性體的建模方法,所以針對導絲的建模以及碰撞檢測方法就有著重要的研究意義與實際價值。針對現(xiàn)有問題,本文的主要研究內(nèi)容包括以下三點:第一,提出基于力矩關(guān)系的連續(xù)導絲模型,提高了導絲的物理建模精度。傳統(tǒng)的虛擬手術(shù)介入導絲模型均為離散的模型,導絲彎曲的物理性質(zhì)并不能完全體現(xiàn)。本文提出了基于力矩關(guān)系的連續(xù)絲模型,該模型可以準確的仿真真實導絲的走勢和形態(tài),并且通過與真實導絲對比,單位長度誤差6.21微米,并且滿足精度與實時性要求。第二,提出基于距離檢測的條形碰撞檢測方法,保證了導絲碰撞檢測的實時性。對于虛擬血管介入手術(shù)系統(tǒng)中導絲的碰撞檢測,提出了適合細而長的柔性物體碰撞檢測的方法,并且為導絲添加了條形碰撞檢測方法,較好的檢測了虛擬導絲與血管曲面的碰撞檢測。第三,實現(xiàn)虛擬介入手術(shù)系統(tǒng)的仿真。利用OSG平臺實現(xiàn)對介入手術(shù)過程的仿真,并且完成對導絲的推送,拉回等操作。應用3D打印技術(shù),打印出真實病例的血管模型,利用真實的導絲和血管模型與仿真系統(tǒng)進行了對比,并且進行了相似度分析,進而驗證了虛擬介入手術(shù)系統(tǒng)的相似度。
【圖文】：

對其堵塞位置實施擴張或疏通的一種診治方法，介入手術(shù)現(xiàn)場如圖1-1 所示。圖 1-1 介入手術(shù)現(xiàn)場1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀1.3.1 虛擬現(xiàn)實手術(shù)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀虛擬血管穿刺介入治療仿真與培訓系統(tǒng)的目的是提供給受訓者逼真的手術(shù)仿真環(huán)境、實時有效的視覺反饋和準確的觸力反饋，克服傳統(tǒng)培訓中的培訓方式不足，提高介入醫(yī)生的學習效率[14-15]。歐美等國，在當代醫(yī)學層面，因為逐漸增多的企業(yè)與科研機構(gòu)為 VR 技術(shù)的使用提供了大量資金，同時也實施了大量的探究與摸索，致使歐美等國的虛擬手術(shù)程序水準遠超出我國。法國 INRIA 研究機構(gòu)[16]設(shè)計出用來仿真肝臟切除術(shù)的培訓程序，此程序利用各種技術(shù)，非常真實的把人類身體的軟組織體現(xiàn)于 VR 場景里，，同時經(jīng)由一些反饋力的裝置來模擬切割過程，進而實現(xiàn)外科手術(shù)的各類標準。瑞典 Mentice 企業(yè)[17]則于2006-2009 年之時，設(shè)計了一系列血管中介入治療模擬程序 Mentice VIST，此程序選擇了和臨床介入治?

2.1.2 有限元模型有限元方法是一種很常見的建模方法，該方法是利用求偏微分方程近似解的一種數(shù)值方法，它通過變分方法，使得誤差函數(shù)達到最小值并且產(chǎn)生穩(wěn)定解。它的中心思想是將仿真對象離散，把真實物體看作有限數(shù)量個簡易的離散單元的構(gòu)成體，真實物體的物理特性利用對離散單元解析獲得，繼而獲取在精確度要求內(nèi)的近似答案，從而代替對真實物體的解析。在導絲建模方面也有有限元的應用。根據(jù)導絲實際物理特性，選用三維梁單元作為離散單元。由三維梁單元有關(guān)原理，得到的單元剛度矩則是于部分坐標系中得來的，而在獲取整體剛度矩陣時，一定要把其轉(zhuǎn)變成世界坐標系中的剛度矩陣。為獲得導絲整體，應當把許多梁單元連通，利用坐標轉(zhuǎn)化，繼而獲取整體平衡函數(shù)關(guān)系。從導絲的角度來講，通常存在一百余個單元，構(gòu)建的總體剛度矩陣在獲取解時難度較大，一般都是將關(guān)注點放在于怎樣快速獲得平衡方程的解，如 2-4 所示為在腦血管中的仿真效果。
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R54;R743;TP391.9

【參考文獻】

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