虚拟手术中自适应混合建模技术研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目虚拟手术中自适应混合建模技术研究作者姓名赵国志学科专业电子科学与技术指导教师陈卫东教授2015年5月中图分类号：TP391学校代码：10216UDC：004.5密级：公开工学硕士学位论文虚拟手术中自适应混合建模技术研究硕士研究生：赵国志导师：陈卫东教授申请学位：工学硕士学科专业：电子科学与技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinElectronicScienceandTechno

2、logyRESEARCHONADAPTIVEHYBRIDMODELINGTECHNOLOGIESINVIRTUALSURGERYbyZhaoGuozhiSupervisor:ProfessorChenWeidongYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《虚拟手术中自适应混合建模技术研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的

3、研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《虚拟手术中自适应混合建模技术研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公

4、布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要虚拟现实技术是在计算机图形学的基础上发展起来的，虚拟现实技术与现代医学等技术的结合为虚拟手术的产生奠定了坚实的基础。虚拟现实技术在医学领域一个重要的应用就是虚拟手术仿真系统。虚拟手术仿真系统可为医生提供一个虚拟的手术环境，不但可以在视觉上为医生真实再现手术场景，还可以在触觉上构成还原。虚拟手术系统可用于手术之前制定计划、手术之中进行引导、医生的手

5、术操作培训和患者的术后康复等，因此虚拟手术仿真系统的研究具有重要的意义。本文选取虚拟手术仿真系统中的软组织模型进行研究，以粘弹性力学为基础，以肝脏为例，对肝脏软组织进行建模、仿真、分析。本文的主要内容如下：首先，分析了虚拟手术的背景、意义、国内外的研究现状以及该技术以后的发展趋势，研究了虚拟手术仿真系统的重要组成部分和关键技术，分析了弹簧质点模型、有限元模型、边界元模型和无网格迦辽金模型等典型模型的优点以及存在的一些缺陷，研究了目前评价软组织形变模型优劣的一些重要指标。其次，以粘弹性力学为基础，针对目前软

6、组织模型在真实性和实时性方面存在的缺陷，提出了耦合自适应无网格迦辽金与弹簧质点模型。该模型将软组织分为两个实体，即非手术区域和手术区域。在手术区域采用真实性高的自适应无网格法，在非手术区域采用实时性好的弹簧质点法，在两个区域之间建立过渡单元，实现手术区和非手术区两个实体区域的平滑过渡。为了进一步提高模型的实时性，提出了双自适应耦合无网格迦辽金与广义表面网格模型，该模型相对于耦合自适应无网格迦辽金与弹簧质点模型在非手术区域采用实时性更好的广义表面网格法。最后，本文对双自适应耦合无网格迦辽金与广义表面网格肝脏

7、模型进行了仿真，并对仿真结果进行了相关分析。实验结果表明，文中提出的双自适应耦合无网格迦辽金与广义表面网格肝脏模型能够满足真实性和实时性的要求，验证了该模型的真实性和有效性。关键词：虚拟手术；无网格迦辽金；广义表面网格；形变仿真；耦合模型-I-AbstractTheprogressofvirtualrealitytechnologybaseonthefastdevelopmentofcomputergraphic.Thegenerationofvirtualsurgerybaseontheincorpor

8、ationofmodernmedicineandvirtualrealitytechnology.Theobjectiveofvirtualsurgeryresearchistoprovideareusableandrealismenvironmentintheaspectofvisualizationandforcefeedback.Itisappliedonsurgeryplanning,operationguidance