本文關(guān)鍵詞：虛擬手術(shù)中軟組織物理模型的建立及變形算法研究

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【摘要】：虛擬手術(shù)是結(jié)合由生物醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、材料科學(xué)、計算機圖形學(xué)、計算機視覺等諸多領(lǐng)域而成的一門新興學(xué)科。其主要內(nèi)容就是通過對醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的可視化，在計算機中構(gòu)建虛擬的人體器官模型，并通過計算機逼真地仿真出真實手術(shù)過程中虛擬組織模型的各種形變效果。虛擬人體器官模型不僅是虛擬手術(shù)中操作的對象，，而且直接決定著虛擬手術(shù)系統(tǒng)的整體性能，因而虛擬手術(shù)中軟組織物理模型的建立逐漸成為了虛擬手術(shù)領(lǐng)域一個重要的研究內(nèi)容。 本文的具體研究內(nèi)容包括： (1)在軟組織物理模型拓撲結(jié)構(gòu)方面，為保證形變仿真的實時性，選擇了基于表面模型的質(zhì)點彈簧模型，為進一步保證肝臟軟組織的體不可壓縮特性，引入包含體彈簧的表面質(zhì)點彈簧模型； (2)在軟組織參數(shù)設(shè)定方面，采用了基于生物軟組織測量的方法。結(jié)合軟組織應(yīng)力應(yīng)變曲線的特點，提出了分段線性化的彈簧彈性系數(shù)確定方法，滿足了軟組織形變時應(yīng)力形變的非線性特征； (3)在力學(xué)分析求解方面，研究了軟組織模型發(fā)生形變時的數(shù)值求解問題。將歐拉積分法、中值積分法和龍格庫塔積分方法進行了討論。在顯式歐拉積分方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計了改進的Verlet算法計算模型的形變量； (4)在形變分析優(yōu)化方面，在Loop網(wǎng)格細分算法的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了對肝臟軟組織形變區(qū)域的自適應(yīng)細分。消除了肝臟軟組織形變時，形變區(qū)域產(chǎn)生的失真現(xiàn)象。最后，完成了肝臟軟組織在形變過程中的精確性、實時性等驗證試驗，實驗結(jié)果表明，該方法能夠滿足虛擬手術(shù)的要求。
【關(guān)鍵詞】：虛擬手術(shù) 質(zhì)點彈簧模型 模型參數(shù) 軟組織形變 自適應(yīng) 網(wǎng)格細分
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R319;TP391.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究的意義及背景10-15
• 1.1.1 課題背景10-11
• 1.1.2 虛擬手術(shù)的應(yīng)用11-12
• 1.1.3 虛擬手術(shù)系統(tǒng)的組成12-14
• 1.1.4 課題研究的意義及目的14
• 1.1.5 項目支持14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15
• 1.2.1 軟組織建模15
• 1.2.2 模型網(wǎng)格細分15
• 1.3 主要研究內(nèi)容15-16
• 1.4 論文的章節(jié)安排16-17
• 第2章 軟組織物理建模方法及選擇17-22
• 2.1 概述17
• 2.2 人體軟組織的材料特性17-18
• 2.3 物理建模方法分類18-19
• 2.4 肝臟軟組織物理模型的構(gòu)建19-21
• 2.4.1 傳統(tǒng)質(zhì)點彈簧模型19-20
• 2.4.2 基于體積保持的質(zhì)點彈簧模型20-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第3章 分段線性化的彈簧參數(shù)設(shè)定22-27
• 3.1 概述22
• 3.2 基于重心修正的體積離散化方法22-23
• 3.3 真實軟組織特性下分段線性化的彈簧系數(shù)確定23-26
• 3.3.1 肝臟彈性模量的獲取23-25
• 3.3.2 分段線性化參數(shù)的確定25-26
• 3.4 本章小結(jié)26-27
• 第4章 肝臟軟組織形變計算27-31
• 4.1 概述27
• 4.2 質(zhì)點彈簧模型形求解方法積分27-29
• 4.2.1 歐拉積分法27-28
• 4.2.2 中值積分法28-29
• 4.2.3 龍格庫塔積分法29
• 4.3 Verlet積分法計算形變29-30
• 4.4 本章小結(jié)30-31
• 第5章 軟組織形變模型網(wǎng)格的自適應(yīng)細分31-38
• 5.1 概述31
• 5.2 網(wǎng)格細分技術(shù)31-34
• 5.2.1 Loop網(wǎng)格細分算法32-33
• 5.2.2 其他網(wǎng)格細分算法33-34
• 5.3 基于Loop網(wǎng)格細分的自適應(yīng)網(wǎng)格細分算法設(shè)計34-37
• 5.3.1 自適應(yīng)網(wǎng)格細分算法概述34-35
• 5.3.2 網(wǎng)格細分區(qū)域的劃定35-37
• 5.3.3 細分規(guī)則的制定37
• 5.4 本章小結(jié)37-38
• 第6章 系統(tǒng)實現(xiàn)及仿真實驗38-46
• 6.1 可視化工具VTK38-39
• 6.2 基于VTK的形變仿真結(jié)果及分析39-45
• 6.2.1 精確性驗證實驗39-42
• 6.2.2 實時性驗證實驗42-43
• 6.2.3 自適應(yīng)網(wǎng)格算法驗證實驗43-45
• 6.3 本章小結(jié)45-46
• 第7章 總結(jié)和展望46-48
• 7.1 總結(jié)46
• 7.2 今后工作展望46-48
• 參考文獻48-51
• 致謝51-52
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況52

【參考文獻】

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本文編號：797861