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1、基于VR的虛擬手術仿真 http:/ 手術仿真系統(tǒng)z虛擬現(xiàn)實技術的飛速發(fā)展和廣闊應用前景z虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)技術在現(xiàn)代醫(yī)學中的應用z內窺鏡手術等先進外科手術方式的出現(xiàn)z應用：手術培訓，手術計劃，手術治療z研究內容：y醫(yī)學數(shù)據(jù)的交互與可視化y組織變形的模擬y感官反饋的模擬 Satava的三代醫(yī)學仿真系統(tǒng)框架 z第一代醫(yī)學仿真系統(tǒng)：著重于表現(xiàn)人體幾何特性z第二代醫(yī)學仿真系統(tǒng) ：加入人體作為生物體的物理特性z第三代醫(yī)學仿真系統(tǒng)：考慮人體各器官的功能本質 系統(tǒng)功能模塊圖 幾何模型重建 層次四面體模型生成z三角片表面幾何重構（最短對角線法） z斷層間層次四面體重構 （以一定的規(guī)則遍歷） 體模型簡化算法z四面體
2、網(wǎng)格是一種普遍的體模型表示方法。z大量的四面體數(shù)據(jù)使得數(shù)據(jù)存儲、體繪制、有限元計算、實時處理等變得困難。z提出了直接針對四面體體數(shù)據(jù)進行簡化的新算法。 簡化算法思想z采用點刪除法簡化邊界面，保持邊界特性。 Vr V1 V2 V3 V4V5V6Layer(n-1) Layer(n+1) Layer(n) V00 V01 V02 V10 V11 M0iM1i M0j M1j z構造六面體網(wǎng)格替代內部四面體。z用四面體填充邊界面和六面體網(wǎng)格面連接處的空洞。 簡化算法優(yōu)點z是一種體數(shù)據(jù)的簡化算法；z保持模型的邊界特性，簡化效果好；z允許用戶定義簡化程度，能建立多分辨率模型體數(shù)據(jù)；z實現(xiàn)簡單。 體模型簡
3、化結果組成模型四面體數(shù)： a:16104 b:7302 c:2671 d:1227 e:714 f:179 虛擬手術中的碰撞檢測z碰撞檢測貫穿于手術仿真的整個過程y手術器械與人體組織之間的精確快速的碰撞檢測是計算軟組織變形和分裂的先決條件 y根據(jù)碰撞檢測的結果，才能準確地計算模型的變形。z虛擬手術中的碰撞檢測：剛體與軟體的碰撞檢測 碰撞檢測算法z提出了一種基于固定方向凸包包圍盒層次的碰撞檢測方法 z提出了用以解決包圍盒間相交測試的快速區(qū)間測試法 z提出了一種基于線性規(guī)劃的旋轉后包圍盒的快速計算方法以及一種自底向上的對象變形后包圍盒樹的快速更新算法 碰撞檢測算法比較 手術仿真中的軟組織切割z兩種
4、不同的切割處理策略：去除法切割法去除某些切割到的基元，并改變相關的局部，全局參數(shù)將切割到的基元分裂成若干個小基元方法描述優(yōu)點缺點實現(xiàn)簡單，減少基元數(shù)目有可信的切割邊界切割邊界走樣（鋸齒狀）產(chǎn)生很多小基元，系統(tǒng)負擔加劇，需對模型重新生成 切割判據(jù)z切割條件y虛擬器械與軟組織接觸y應力超過屈服條件 發(fā)生切割不發(fā)生切割 SBSM SBSM 接觸點受到的應力大小切割器械的鋒利程度極限組織將要斷裂時的應力 S BSMz切割公式 四面體切割z虛擬器械的運動軌跡y平面四邊形z四邊形與四面體求交y四面體與平面求交y裁剪切割多邊形 四面體的分割z交點分類y點交點y線交點y面交點y體交點點交點判斷點是否需要分裂線
5、交點一分為二面交點一分為三體交點一分為四 粘彈性模型幾點假設：z瞬時應變彈性 z應變和位移呈線性關系 z應變由彈性和蠕變兩部分組成 z蠕變應變率是應力和應變的函數(shù) 1De uB ce ccc dtd , 粘彈性模型的系統(tǒng)方程：0 S TV T dSufdV 由虛功原理得到的系統(tǒng)平衡方程： V iiTiiV T dVtDBfuBdVDB 000 10 引入粘彈性物理模型得到：V為整個粘彈性體域，S為力邊界 有限元計算模型z連續(xù)的求解區(qū)域離散化，連續(xù)的無限自由度問題轉化為離散的有限自由度問題y單元分析階段 單元矩陣計算（剛度、質量、載荷）y整體組合階段 單元矩陣到整體矩陣的組合 y約束處理 加入各節(jié)點的約束完成系統(tǒng)方程組 y方程求解 求解系統(tǒng)方程組 y應力應變計算 各單元的應變、應力計算 立體紋理映射 實驗結果（一） 實驗結果（二） 實驗結果（三） 今后的研究重點：z并行處理z模型優(yōu)化z切割后模型簡化z真實感繪制 ! http:/
基于VR的虛擬手術仿真
