虛擬手術若干技術研究.pdf

1、虛擬手術是虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學領域的應用，它在計算機中生成一個逼真的手術場景，可以用來模擬手術過程中可能遇到的各種現(xiàn)象。虛擬手術可用于外科醫(yī)生培訓、手術效果預測、手術方案制定、手術導航以及新型手術技術和設備的研究開發(fā)等。虛擬手術培訓系統(tǒng)主要包括模型構建、軟組織變形、觸覺反饋和真實感渲染等方面。
　　 本文主要針對虛擬手術中的軟組織形變以及真實感渲染進行研究與實驗，主要內容包括:基于光滑粒子流體動力學(Smoothed Particle

2、 Hydrodynamics Method，SPH)的軟組織形變模擬，基于L-系統(tǒng)(L-System)方法對人體腹部器官血管模擬和基于晶格波爾茲曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)的流體模擬。
　　 對于軟組織形變，基于SPH方法，根據黏彈性模型，建立形變仿真的控制方程;選擇合適的支持域搜索策略和光滑核函數，對方程組的各相關項進行近似計算。在每一時間步，計算各粒子的密度、位置、速度等物理量;然后根

3、據粒子狀態(tài)信息將模型在屏幕上顯示，并使用光照渲染，模擬出軟組織器官受到外力時的實時形變過程。
　　 對于器官血管的繪制，根據人體血管分枝結構的生理模型和幾何特征，采用隨機參數L系統(tǒng)，由不同的重寫規(guī)則和參數生成各種器官的血管結構，從而體現(xiàn)血管的整體統(tǒng)計規(guī)律和局部隨機性質。
　　 對于基于LBM的流體模擬，采用流體運動控制方程(Navier-Stokes，NS方程)描述流體，并利用LBM對NS方程進行求解，在兩種流體的交互過