軟組織形變建模方法的實驗研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的手術訓練當中，人們常常使用動物尸體作為手術訓練對象，但由于尸體和富有生命的活體組織在力學特性方面存在較大差異，從而導致訓練的效果不盡如意。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，科學家們將注意力轉移到虛擬手術仿真系統(tǒng)，并對這項技術做了多方面的研究。通過構建多感知的虛擬手術系統(tǒng)，可以為醫(yī)生提供手術方案的制定、預演、手術結果的預測以及計算機輔助手術等功能。虛擬手術系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代醫(yī)學上的重要應用，該技術的誕生和發(fā)展為醫(yī)生們提供了諸多的便利

2、，同時也使得廣大病患從中受益。與此同時，當前的虛擬手術系統(tǒng)真實度與真實的手術場景還存在較大的差距，如何構建出更加完善的虛擬手術系統(tǒng)依然是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。本文深入分析了國內(nèi)外軟組織建模方法的研究現(xiàn)狀，針對現(xiàn)有的虛擬手術建模中，通常采用理論推導進行建模與真實模型有差距的缺陷，以及傳統(tǒng)建模方法重點研究軟組織形變的視覺效果，而缺乏力學效果分析，從而導致理論推導的形變模型與真實的軟組織在應力作用下的行為存在一定差異的問題。為此，本文對質(zhì)點-

3、彈簧和最小二乘支持向量機兩種軟組織形變建模方法進行比較，提出并構建了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取精確的軟組織應力、應變數(shù)據(jù)，然后用基于支持向量機對實驗數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)辨識，建立了軟組織的形變模型。
　　本研究首先采用質(zhì)點-彈簧模型建立軟組織形變模型。通過對有限元模型和傳統(tǒng)的質(zhì)點-彈簧模型建模方法進行深入的分析和比較，本文采用了質(zhì)點-彈簧模型作為第一個研究方法建立軟組織的形變模型；，應用3D Studio Max構建了軟組織的幾

4、何模型，并使用OpenGL三維圖形庫進行視覺渲染。其次，提出了利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方法采集軟組織形變數(shù)據(jù)的方法。為采集數(shù)據(jù)方便將軟組織模塊進行網(wǎng)格化劃分；為采集到準確的形變數(shù)據(jù)，利用基恩士LK-G155激光測距儀、ATI DAQ F/T力采集裝置和控制裝置構成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，再結合圖像處理方法采集和計算出在按壓力下產(chǎn)生的水平形變和垂直形變的位移即形變數(shù)據(jù)。再次，提出基于最小二乘支持向量機進行軟組織建模。通過對本文的需求分析，設計辨識實驗步驟；