血管介入手术系统中软组织及手术器械精确建模

发布时间：2017-09-27 03:13

  本文关键词：血管介入手术系统中软组织及手术器械精确建模

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【摘要】：心血管疾病是全世界公认的严重威胁人类生命安全和健康水平的疾病。作为治疗心血管系列疾病的重要手段,微创介入手术通过导引技术和医学图像处理实现了对病变血管的预防治疗。虚拟训练手术系统逐渐成为数字新型医疗研究的焦点,主要运用于医疗教学、手术培训、术前指导和手术器械建模分析。软组织建模作为虚拟手术系统的基础,逐渐成为科研工作者研究热点,它可以反映真实生物软组织的形变过程,其中最常用的是弹簧质点模型与有限元模型。软组织的物理模型直接影响着虚拟手术训练系统的精度和准确性,所以本文进行了软组织建模相关研究。软组织建模是指通过模型反映软组织的参数属性,包括物理模型、几何模型和计算模型。软组织本身的材料属性决定着人体器官的仿真形变效果,所以设计了计算软组织物理参数的实验。本文关于软组织建模的主要工作包括以下几点:(1)设计了基于X-Y平台的肝脏穿刺试验,在实验的基础上进行了基于有限元法的肝脏穿刺仿真实验,仿真结果充分证明了软组织形变过程,验证了有限元法具有运用于软组织形变模拟的可行性。(2)为了提高血管形变仿真的真实性,本文设计了血管、介入导丝轴向拉伸实验,计算其生物力学特性。基于有限元法建立血管模型,通过实验提取的参数设计了拉伸过程仿真,对实验和仿真应力应变曲线进行对比验证了血管拉伸结果的真实性。(3)最后建立了虚拟血管介入手术系统,在有限元基础上构建血管模型和手术器械模型,进行数值计算求解,实现主动脉内导丝介入过程。
【关键词】：虚拟手术 有限元法 软组织形变 血管介入
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R54
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 本文主要内容15
• 1.4 各章节安排15-17
• 第2章 软组织物理建模17-23
• 2.1 软组织特性17
• 2.2 物理建模方法17-19
• 2.3 有限元法基本思想19-22
• 2.4 有限元法求解原理22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 肝脏软组织穿刺实验及仿真23-32
• 3.1 有限元软件选择23
• 3.2 肝脏穿刺实验设计23-26
• 3.3 肝脏参数计算26-28
• 3.4 物理建模28-30
• 3.5 结果分析30-31
• 3.6 本章小结31-32
• 第4章 虚拟血管拉伸仿真32-45
• 4.1 血管拉伸实验设计32-37
• 4.1.1 血管形态结构32-33
• 4.1.2 实验过程33-35
• 4.1.3 实验结果分析35-37
• 4.2 手术器械拉伸实验设计37-39
• 4.3 虚拟血管拉伸建模39-42
• 4.3.1 单元类型39-40
• 4.3.2 物理建模及材料属性40-41
• 4.3.3 网格划分41
• 4.3.4 定义约束载荷41-42
• 4.4 实验结果分析42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 虚拟血管介入手术系统45-55
• 5.1 血管、介入导丝建模45-49
• 5.1.1 参数属性设置45-47
• 5.1.2 血管模型建立47
• 5.1.3 划分网格47-48
• 5.1.4 施加载荷约束48-49
• 5.2 结果分析49-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第6章 总结和展望55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 攻读硕士学位期间发表论文情况61

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