本文選題：虛擬手術(shù)　切入點：血管　出處：《河北大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：心腦血管疾病的發(fā)病率和死亡率逐年增高,已成為危害人類健康的主要殺手。而血管介入手術(shù)是其主要的診療手段,因此提高臨床介入醫(yī)生的手術(shù)水平是整體提高心腦血管疾病診療水平的重要一環(huán)。隨著虛擬仿真技術(shù)的革新,虛擬血管介入手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)已經(jīng)成為培訓(xùn)醫(yī)生的一種有效的辦法,有著低成本、無損傷性、可重復(fù)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)鍵在于仿真的實時性與精確度,而傳統(tǒng)的物理建模手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)缺少血管彈性特性,也沒有對導(dǎo)管導(dǎo)絲介入后,血管內(nèi)壁的穿刺力學(xué)行為進行深入研究。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,基于真實血管的物理實驗參數(shù)獲取。由于血管具有較復(fù)雜的物理特性,為了得到精確的血管的彈性模量,設(shè)計了真實血管軸向拉伸實驗,應(yīng)用最小二乘法擬合血管發(fā)生微小形變下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,求出血管的彈性模量值。第二,對不同角度穿刺下血管壁的力學(xué)行為進行研究,發(fā)現(xiàn)了規(guī)律,提出了一個新的數(shù)學(xué)模型。本文對真實豬心血管進行大量實驗,分別對探針以15°、30°、45°、60°、90°穿刺血管內(nèi)壁時獲得的力學(xué)行為進行數(shù)據(jù)整理分析,得出了不同角度穿刺下的近似線性模型,為血管介入手術(shù)系統(tǒng)的建立提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。第三,建立了一個基于質(zhì)點-彈簧系統(tǒng)的血管物理模型。通過用真實血管測得的彈性模量,本文提出了一個等效模型,得到了真實血管的彈性模量E與質(zhì)點-彈簧系統(tǒng)中彈性系數(shù)k的關(guān)系,創(chuàng)建了一套提高交互實時性的復(fù)雜血管組織物理模型。實驗仿真部分用血管的有限元模型對不同角度穿刺下真實血管壁的力學(xué)行為進行仿真,發(fā)現(xiàn)當(dāng)探針穿刺血管內(nèi)壁使血管局部發(fā)生微小形變時,力學(xué)的特性分析結(jié)果和各向同性建模仿真的受力形變結(jié)果相似,可以近似的用直線來擬合,而且趨勢都是隨著角度的增加,彈性系數(shù)減小,精確度基本符合虛擬手術(shù)要求,在允許誤差范圍內(nèi)。并通過有限元仿真去對比質(zhì)點-彈簧模型仿真,驗證了本文提出的模型在保證實時性的前提下,提高了仿真精度。
[Abstract]:The morbidity and mortality of cardiovascular and cerebrovascular diseases have been increasing year by year, which has become the main killer of human health, and vascular interventional surgery is the main means of diagnosis and treatment. Therefore, improving the operation level of clinical interventional doctors is an important link to improve the diagnosis and treatment level of cardiovascular and cerebrovascular diseases as a whole. With the innovation of virtual simulation technology, virtual vascular interventional surgery training system has become an effective way to train doctors. The virtual vascular interventional surgery system depends on the real-time and accuracy of simulation, while the traditional physical modeling surgery training system lacks vascular elasticity. There is also no in-depth study on the mechanical behavior of the puncture of vascular inner wall after catheter guide wire intervention. In view of the existing problems, the main research contents of this paper include the following three points: first, Based on the physical experimental parameters of real blood vessels, the axial tensile experiments of real blood vessels were designed to obtain the accurate elastic modulus of blood vessels because of the complex physical properties of blood vessels. Using the least square method to fit the stress-strain curve of blood vessel under micro deformation, the elastic modulus of blood vessel is calculated. Secondly, the mechanical behavior of vascular wall under different angle puncture is studied, and the regularity is found. A new mathematical model is proposed. In this paper, a large number of experiments have been carried out on the real pig cardiovascular system. The mechanical behavior obtained by the probe with a probe of 15 擄~ 30 擄~ 45 擄~ 60 擄~ 90 擄puncture is analyzed, and the approximate linear model under different angles of puncture is obtained. It provides a data basis for the establishment of vascular interventional surgery system. Thirdly, a physical vascular model based on mass-spring system is established. By using the elastic modulus measured by real blood vessels, an equivalent model is proposed in this paper. The relationship between the elastic modulus E of the real blood vessel and the elastic coefficient k in the mass-spring system is obtained. In this paper, a set of complex vascular tissue physical models is established to improve the real-time interaction. In the experiment, the finite element model of blood vessel is used to simulate the mechanical behavior of the real blood vessel wall under different angles of puncture. It is found that the results of mechanical properties analysis are similar to those of isotropic modeling and simulation, and can be approximated by a straight line. And the trend is that with the increase of angle, the elastic coefficient decreases, the accuracy basically accords with the requirement of virtual surgery, and within the allowable error range, the simulation of mass-spring model is compared by finite element simulation. It is verified that the proposed model improves the accuracy of simulation on the premise of ensuring real-time performance.
【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】：2017
【分類號】：R815;TP391.9

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張小昭;王彥超;連文波;金亮;蔡飛;張示杰;張永久;周旭坤;;外科手術(shù)與肝動脈介入栓塞治療肝血管瘤臨床分析[J];中華實用診斷與治療雜志;2015年09期

2 王妍;王婉潔;陳強;李志勇;;豬胸主動脈血管各向異性力學(xué)性能的實驗研究[J];醫(yī)用生物力學(xué);2015年03期

3 周寧;楊帆;時亞松;王光磊;劉秀玲;;基于ANSYS的真實軟組織物理建模與穿刺仿真[J];河北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年02期

4 史玉升;張李超;白宇;趙祖燁;;3D打印技術(shù)的發(fā)展及其軟件實現(xiàn)[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2015年02期

5 周忠;周頤;肖江劍;;虛擬現(xiàn)實增強技術(shù)綜述[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2015年02期

6 沙莎;蔣高明;馬丕波;李欣欣;;基于改進彈簧-質(zhì)點模型的緯編織物三維模擬[J];紡織學(xué)報;2015年02期

7 王秀娟;杜長江;馬華;宋吾力;;虛擬手術(shù)軟組織形變建模方法分析研究[J];中國醫(yī)療器械雜志;2015年01期

8 吳朝麗;謝叻;神祥龍;周朝政;;心血管介入虛擬手術(shù)力反饋技術(shù)[J];醫(yī)用生物力學(xué);2014年04期

9 陳衛(wèi)東;趙成龍;朱奇光;關(guān)永貞;;虛擬手術(shù)中軟組織形變建模及力反饋算法研究[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2013年01期

10 王洪瑞;董斌;;軟組織非線性物理建模及其參數(shù)測定[J];河北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 黎平;;虛擬現(xiàn)實醫(yī)療前景無限[N];人民郵電;2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李艷波;虛擬手術(shù)中軟組織建模與碰撞檢測方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

2 程成;虛擬環(huán)境人機交互技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（軟件研究所）;2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 儲麗麗;基于有限元分析和質(zhì)點彈簧模型的軟組織形變仿真研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 潘丹;基于unity3D的手術(shù)訓(xùn)練游戲的設(shè)計與實現(xiàn)[D];山東大學(xué);2014年

3 陳棟;虛擬手術(shù)中軟組織物理模型的建立及變形算法研究[D];河北大學(xué);2013年

4 于德海;虛擬手術(shù)系統(tǒng)中力反饋技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)[D];山東大學(xué);2013年

5 顧懿周;虛擬手術(shù)中軟組織模型形變技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

6 徐飛;虛擬手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2010年

7 曾達;基于計算流體力學(xué)的血液動力學(xué)研究[D];北京交通大學(xué);2009年

8 喬冰;基于質(zhì)點—彈簧模型的人體軟組織形變技術(shù)的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

，

本文編號：1664425