基于无网格方法的软组织形变与切割建模研究

发布时间：2023-02-01 10:38

　　随着虚拟技术和计算机技术的发展,人们将其与医学专业结合起来,设计出医学仿真系统。虚拟外科手术系统的研发成为当今国内外的一个热点研究课题,其中的人体软组织建模也是一项重要研究内容。本论文研究以无网格方法为其础对人体软组组织形变进行建模,当外力作用在虚拟软组织上时,可以快速实时地获得形变结果,同时充分发挥无网格方法建模适应性强的优势,对软组织的切割形变也进行了模拟分析。无网格建模方法是将软组织看成一个问题域,在问题域里布置大量离散的节点,通过形函数将节点联系起来建立刚度矩阵进而构建描述软组织材料力学性能的近似函数模型,由函数模型获得的全部节点位移就可以用来表现软组织的形变。为了能更好地理解和应用无网格方法,先分析典型的建模方法---有限元建模,考虑到建模过程中会涉及到软组织的材质特性,为此研究了软组织材质特性的测量方法。之后采用局部无网格法进行了对软组织形变进行了二维简化建模的尝试,取得了比较好的结果。有了这些知识储备,研究应用全局无网格法对软组织进行三维建模,通过建模获得模型函数,经求解可以得到全部节点位移表现的软组织形变。但是模型函数的计算求解过程非常耗时,不能满足虚拟手术中实时表现虚... 

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

医学手术仿真实例示意图

德国的腹腔镜手术训练系统

斯坦福大学计算机科学系开发的血管缝合模拟器荷兰CathSim公司开发了基于AccuTouch触觉反馈装置的静脉导管穿刺模拟

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压力采集和FEM模型的软组织参数测量方法[J]. 廖祥云,袁志勇,陈二虎,郑奇.  东北大学学报(自然科学版). 2015(09)
[2]耦合无网格迦辽金与质点弹簧实现软组织形变仿真[J]. 刘雪梅,毛磊,李运华,郝爱民.  计算机辅助设计与图形学学报. 2013(01)
[3]无网格数值方法中的形函数研究[J]. 刘家隆.  企业技术开发. 2011(19)
[4]膝关节镜手术仿真训练系统设计[J]. 谭珂,郭光友,潘新华,熊岳山.  计算机仿真. 2009(12)
[5]无网格形函数构造方法的改进[J]. 韩加坤.  宜宾学院学报. 2009(06)
[6]无网格法中形函数对计算精度的影响[J]. 刘寒冰,焦玉玲,梁春雨,秦卫军.  吉林大学学报(工学版). 2007(03)
[7]关于无网格方法中点插值形函数的研究[J]. 龙述尧,侯淑娟.  湖南大学学报(自然科学版). 2004(03)

博士论文
[1]无网格法基函数的改进与应用[D]. 赵云亮.吉林大学 2008
[2]生物软组织建模仿真方法研究[D]. 鲍春波.大连理工大学 2008

硕士论文
[1]虚拟手术仿真系统的设计与实现[D]. 张晓芹.电子科技大学 2014



本文编号：3734111