面向虚拟穿刺的皮肤表面形变仿真方法的研究
发布时间：2021-06-01 05:29
虚拟手术系统在医学领域具有广泛的应用,其将计算机图形学与虚拟技术结合,为医护人员提供手术方案制定与手术操作训练等功能。穿刺广泛应用于日常医学检查和诊断中,穿刺针刺入皮肤到达目标位置,实现注射、取样等操作,因此皮肤穿刺形变仿真是虚拟手术的关键技术之一。在皮肤穿刺形变仿真过程中,不仅需要保证仿真的稳定性与皮肤形变仿真的真实感,还需要保证皮肤穿刺仿真的实时性才能达到实时人机交互的要求。因此,实时性、真实感和稳定性是衡量皮肤穿刺形变仿真方法优劣的三个标准。基于上述三个要求,论文的核心工作与研究成果有以下几个方面:（1）建立皮肤形变物理模型及几何模型。对皮肤复杂的生物力学特性和皮肤形变物理模型进行分析,在其基础上选择质点-弹簧模型作为皮肤形变物理模型。利用TenGen生成的四面体质点-弹簧拓扑结构信息建立皮肤几何模型,保证了皮肤穿刺形变的稳定性需求。并自定义一种存储皮肤几何模型数据的文件格式,方便后续研究使用。（2）皮肤穿刺形变动力学模型快速求解算法。根据质点-弹簧物理模型建立皮肤穿刺形变动力学模型,并建立皮肤穿刺形变动力学模型的优化隐式欧拉法的数值求解方法,对于优化隐私欧拉法的数值解引入虚拟弹...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１虚拟手术３个发展阶段框架??第一代的虚拟手术系统在计算机中使用医学图像数据，重建出虚拟的三维??
福州大学专业学位硕士学位论文检测。最后通过实验验证算法的可行性。??四章，皮肤穿刺形变仿真方法优化研宄。本章针对第三章中皮肤强的缺点进行改进，首先通过泊松方程对皮肤形变进行优化产生着针对皮肤形变时形变区域和非形变区域过渡不光滑的不足，在的皮肤几何模型上增加体积信息，优化两个区域之间的平滑形变的真实感。最后通过实验验证方法的可行性和稳定性。??五章，原型系统设计与实现。本章首先介绍原型系统的开发流程用到的第三方开源工具库，然后介绍系统的界面和功能，介绍原取模型、交互模块、数据处理模块和渲染模块的设计与实现，行性和正确性。??六章，总结与展望，对本课题的研究内容作了总结和归纳，阐述点和存在的一些问题，对将来需要展开的工作进行展望。??
?随时间的推移而增大，ＣＤ表示在卩时间撤去外力后瞬时弹性恢复，ＤＥ表示应??变逐渐恢复。图２－ｌ（ｂ）展示了在恒定应变条件下应力松弛的曲线，从曲线可以??看出应力在开始时衰减的比较快，然后慢慢的趋于稳定。??Ｏ■个?ＣＴ?“??１?－????〇????？?〇???？??’０?ｔｌ?ｔ?＾０?ｔ??ｅ?＾??￡〇?＿?Ｖ???〇?ｔｚｚｉ??〇ｌ＾??’０?ｔ?ｔ〇?ｔ??（ａ）粘弹性的蠕变曲线?（ｂ）粘弹性的应力松弛??图２－１粘弹性的蠕变和应力松弛??（４）非线性??这种现象主要是表现在力与皮肤形变位移关系特性上。如图２－２所示：当??外力作用于皮肤表面时，皮肤形变产生的位移与外力并不是成线性比例的。在??研宄皮肤形变外力位移关系曲线时，从理论上假设皮肤组织是均匀的、各向同??性和连续性的。??ｆｅｘｔ?＂???—￣??ｘ??图２－２外力位移曲线??根据上述对皮肤形变生物力学特性的分析与理论假设，可以得出皮肤形变??具有较复杂的力学性质，对其进行实时仿真需要较好的计算精度和较小的计算??量。所以接下来通过分析常用的物理模型来得出适合皮肤形变的物理模型。??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种利用OpenGL实现复杂3DS模型动画实时显示方法[J]. 王晶杰,胡平平. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]虚拟手术中皮肤软组织形变技术研究[J]. 韩育芳,宋薇. 太原学院学报(自然科学版). 2017(02)
[3]Dynamic skin deformation simulation using musculoskeletal model and soft tissue dynamics[J]. Akihiko Murai,Q.Youn Hong,Katsu Yamane,Jessica K.Hodgins. Computational Visual Media. 2017(01)
[4]基于改进的质点-弹簧模型的软组织形变仿真研究[J]. 王舒珍,陈国栋,李琦. 通化师范学院学报. 2017(02)
[5]可交互人体器官数字模型及虚拟手术研究[J]. 赵沁平,张绍祥,樊瑜波,郝爱民,谢叻,王莉莉. 中国科学:信息科学. 2016(12)
[6]一种胆囊切除虚拟手术仿真训练平台研究[J]. 汪军,刘冬. 系统仿真学报. 2016(08)
[7]小儿心脏病虚拟手术训练系统构建[J]. 刘尚辉,孟香沂,李雨萌,汪润,娄岩. 医学信息学杂志. 2016(05)
[8]虚拟手术中基于遗传算法的质点弹簧模型参数确定[J]. 陈颖,胡序一,朱奇光. 生物医学工程学杂志. 2015(06)
[9]虚拟肝脏手术中的美兰注射实现技术研究[J]. 陈万春,熊岳山,谭珂,潘新华. 计算机工程与科学. 2015(04)
[10]虚拟手术系统开发软件平台研究[J]. 沙聪雪,沈建新,梁春. 计算机技术与发展. 2014(03)
硕士论文
[1]虚拟手术中软组织模型形变技术研究[D]. 顾懿周.哈尔滨工程大学 2011
[2]针刺软组织有限元仿真及实验研究[D]. 许旺蓓.天津大学 2009
[3]基于质点—弹簧模型的人体软组织形变技术的研究[D]. 乔冰.哈尔滨工程大学 2008
[4]混合包围盒碰撞检测算法研究[D]. 范晓磊.青岛大学 2007
本文编号：3209751
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１虚拟手术３个发展阶段框架??第一代的虚拟手术系统在计算机中使用医学图像数据，重建出虚拟的三维??
福州大学专业学位硕士学位论文检测。最后通过实验验证算法的可行性。??四章，皮肤穿刺形变仿真方法优化研宄。本章针对第三章中皮肤强的缺点进行改进，首先通过泊松方程对皮肤形变进行优化产生着针对皮肤形变时形变区域和非形变区域过渡不光滑的不足，在的皮肤几何模型上增加体积信息，优化两个区域之间的平滑形变的真实感。最后通过实验验证方法的可行性和稳定性。??五章，原型系统设计与实现。本章首先介绍原型系统的开发流程用到的第三方开源工具库，然后介绍系统的界面和功能，介绍原取模型、交互模块、数据处理模块和渲染模块的设计与实现，行性和正确性。??六章，总结与展望，对本课题的研究内容作了总结和归纳，阐述点和存在的一些问题，对将来需要展开的工作进行展望。??
?随时间的推移而增大，ＣＤ表示在卩时间撤去外力后瞬时弹性恢复，ＤＥ表示应??变逐渐恢复。图２－ｌ（ｂ）展示了在恒定应变条件下应力松弛的曲线，从曲线可以??看出应力在开始时衰减的比较快，然后慢慢的趋于稳定。??Ｏ■个?ＣＴ?“??１?－????〇????？?〇???？??’０?ｔｌ?ｔ?＾０?ｔ??ｅ?＾??￡〇?＿?Ｖ???〇?ｔｚｚｉ??〇ｌ＾??’０?ｔ?ｔ〇?ｔ??（ａ）粘弹性的蠕变曲线?（ｂ）粘弹性的应力松弛??图２－１粘弹性的蠕变和应力松弛??（４）非线性??这种现象主要是表现在力与皮肤形变位移关系特性上。如图２－２所示：当??外力作用于皮肤表面时，皮肤形变产生的位移与外力并不是成线性比例的。在??研宄皮肤形变外力位移关系曲线时，从理论上假设皮肤组织是均匀的、各向同??性和连续性的。??ｆｅｘｔ?＂???—￣??ｘ??图２－２外力位移曲线??根据上述对皮肤形变生物力学特性的分析与理论假设，可以得出皮肤形变??具有较复杂的力学性质，对其进行实时仿真需要较好的计算精度和较小的计算??量。所以接下来通过分析常用的物理模型来得出适合皮肤形变的物理模型。??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种利用OpenGL实现复杂3DS模型动画实时显示方法[J]. 王晶杰,胡平平. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]虚拟手术中皮肤软组织形变技术研究[J]. 韩育芳,宋薇. 太原学院学报(自然科学版). 2017(02)
[3]Dynamic skin deformation simulation using musculoskeletal model and soft tissue dynamics[J]. Akihiko Murai,Q.Youn Hong,Katsu Yamane,Jessica K.Hodgins. Computational Visual Media. 2017(01)
[4]基于改进的质点-弹簧模型的软组织形变仿真研究[J]. 王舒珍,陈国栋,李琦. 通化师范学院学报. 2017(02)
[5]可交互人体器官数字模型及虚拟手术研究[J]. 赵沁平,张绍祥,樊瑜波,郝爱民,谢叻,王莉莉. 中国科学:信息科学. 2016(12)
[6]一种胆囊切除虚拟手术仿真训练平台研究[J]. 汪军,刘冬. 系统仿真学报. 2016(08)
[7]小儿心脏病虚拟手术训练系统构建[J]. 刘尚辉,孟香沂,李雨萌,汪润,娄岩. 医学信息学杂志. 2016(05)
[8]虚拟手术中基于遗传算法的质点弹簧模型参数确定[J]. 陈颖,胡序一,朱奇光. 生物医学工程学杂志. 2015(06)
[9]虚拟肝脏手术中的美兰注射实现技术研究[J]. 陈万春,熊岳山,谭珂,潘新华. 计算机工程与科学. 2015(04)
[10]虚拟手术系统开发软件平台研究[J]. 沙聪雪,沈建新,梁春. 计算机技术与发展. 2014(03)
硕士论文
[1]虚拟手术中软组织模型形变技术研究[D]. 顾懿周.哈尔滨工程大学 2011
[2]针刺软组织有限元仿真及实验研究[D]. 许旺蓓.天津大学 2009
[3]基于质点—弹簧模型的人体软组织形变技术的研究[D]. 乔冰.哈尔滨工程大学 2008
[4]混合包围盒碰撞检测算法研究[D]. 范晓磊.青岛大学 2007
本文编号：3209751
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