發(fā)布時間：2017-09-03 02:39

  本文關鍵詞：基于徑向基點插值法的軟組織形變仿真

  更多相關文章： 軟組織形變 無網(wǎng)格法 向基點插值法 彈性模型

【摘要】：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,在保證同樣精確度的前提下,本文所述方法效率也更高。本文所建立的基于徑向基點插值法的軟組織形變模型屬于無網(wǎng)格建模方法的一種,該方法無需建立復雜的網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu),從而節(jié)省了存儲空間,并且該算法在精確度和計算效率上具有更大優(yōu)勢,為實現(xiàn)虛擬手術(shù)系統(tǒng)的實時交互提供了有效的方法,為虛擬手術(shù)系統(tǒng)的廣泛運用打下了堅實的基礎。
【關鍵詞】：軟組織形變 無網(wǎng)格法 向基點插值法 彈性模型
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R319;TP391.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 引言8-9
• 1.2 課題來源9
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.4 虛擬手術(shù)的功能模塊結(jié)構(gòu)10-12
• 1.5 虛擬手術(shù)產(chǎn)品12
• 1.6 軟組織形變模型的綜述12-17
• 1.6.1 非物理模型14-15
• 1.6.2 物理模型15-17
• 1.7 本文的研究內(nèi)容17-18
• 1.8 本文的結(jié)構(gòu)安排18-19
• 第2章 徑向基點插值法(RPIM)19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 徑向基點插值法(RPIM)的基礎知識19-24
• 2.2.1 徑向基點插值形函數(shù)19-22
• 2.2.2 構(gòu)建支持域22-23
• 2.2.3 RPIM形函數(shù)的性質(zhì)23-24
• 2.3 RPIM方法求解過程24-31
• 2.3.1 建立背景網(wǎng)格24-25
• 2.3.2 彈性力學基本方程25-26
• 2.3.3 變分及離散形式26-29
• 2.3.4 施加本質(zhì)邊界條件29-30
• 2.3.5 RPIM的程序?qū)崿F(xiàn)流程30-31
• 2.3.6 RPIM應用于三維固體的形變實驗31
• 2.4 小結(jié)31-33
• 第3章 Kelvin粘彈性力學模型33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 軟組織的基本力學特性33-35
• 3.3 粘彈性理論35-37
• 3.4 線性粘彈性本構(gòu)關系37-39
• 3.5 小結(jié)39-40
• 第4章 基于徑向基點插值的軟組織形變模擬40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 內(nèi)部點的剖分40-42
• 4.3 加入粘彈性的無網(wǎng)格形變仿真方法42-45
• 4.4 基于RPIM方法的軟組織形變仿真的求解步驟45-46
• 4.5 基于RPIM的軟組織形變實驗46-50
• 4.5.1 實驗運行環(huán)境和開發(fā)工具46-47
• 4.5.2 實驗結(jié)果與分析47-50
• 4.6 小結(jié)50-51
• 第5章 總結(jié)與展望51-53
• 5.1 總結(jié)51
• 5.2 展望51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 攻讀學位期間的研究成果57

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張雄;劉巖;馬上;;無網(wǎng)格法的理論及應用[J];力學進展;2009年01期

2 劉雪梅;毛磊;李運華;郝愛民;;耦合無網(wǎng)格迦遼金與質(zhì)點彈簧實現(xiàn)軟組織形變仿真[J];計算機輔助設計與圖形學學報;2013年01期

3 趙沁平;;虛擬現(xiàn)實綜述[J];中國科學（F輯:信息科學）;2009年01期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李建英;虛擬手術(shù)中軟組織形變仿真研究[D];山東大學;2009年

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本文編號：782423