虚拟手术中软组织模型的变形及切割

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1、中国科学技术大学硕士学位论又虚拟手术中软组织模型的变形及切割作者姓名学科专业导师姓名完成时间顾晓娟精密仪器及机械郑津津教授二。一四年四月二十八日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeDeformationandCuttingofSoftTissueModeIbasedonVirtuaISurgerySystemAuthor’SName：XiaojuanGuSpeciality：PrecisionInstrumentationan

2、dMachinerySupervisor：Prof．JinjinZhengFinishedtime：April28m，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：匝．赵煞签字日期：{a』旦中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用

3、权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。乜么开口保密(——年)作者签名：题．直据签字日期：厶虽塑导师签名：签字日期：摘要摘要虚拟手术在现代医学中发挥越来越重要的作用。一个典型的虚拟手术系统包含模型重建、网格划分、变形计算、模型切割以及真实感绘制等部分。它是一个综合性的研究课

4、题，它融合了生物医学、机械力学、材料科学、计算机图形学、机器人技术等诸多学科。在虚拟手术系统中，网格划分是对早期软组织模型处理的一个难点，它要求我们对几何模型进行体网格重建，在此基础上才能顺利地进行后期的变形计算以及模型切割。变形计算及模型切割则是模拟手术操作的关键性步骤。本文对网格划分、变形计算和模型切割这几部分的关键技术做了研究。在网格划分阶段，本文采用了三维Delaunay网格生成算法，该结果具有很强的自适应性。在变形计算阶段，本文在对比了进行变形计算常用的方法后，选取了混合凝聚有限元模型对软组织进行形变量的计算，该模型

5、能够有效地模拟网格变形的操作。在模型切割阶段，本文提出了一种基于光顺准则的最少单元切割法，它对切割交点和相邻单元的位置进行调整，能在快速切割的基础上，采用光顺准则对网格进行平滑，提高切割后网格的质量，为后续的变形等操作提供了方便。最后，本文对后后续有待研究的部分进行了展望。关键词：虚拟手术网格划分变形计算切割光顺摘要IIAbstractVirtualSurgeryplaysamoreandmoreimportantroleinmodemmedicine．Atypicalvirtualsurgerysystemcontainsm

6、odelreconstruction，meshing，deformationcomputation，cutting，realisticrenderingandotherparts．Itisacomprehensiveresearchtopicwhichblendsbiologicalmedicine，machinery,materialsscience，computergraphics，roboticsandmanyotherdisciplines．Inthevirtualsurgerysystem，meshingisadif

7、ficultyintheearlysofttissuemodelprocessing．ItrequiresUStoconductmeshconstructiontothegeometricmodel．Andonthisbasisthelaterdeformationcalculationandcuttingareabletocarryonsmoothly．Deformationcalculationandcuttingarethekeystepsforstimulatingsurgicaloperation．Inthispap

8、er,thekeytechnologiesareresearchedinthemeshing，deformationcalculationandcutting．Inmeshingphase，three—dimensionalDelaunaymeshgenerationalgo