基于数字人体的针灸触觉反馈和组织形变研究

《基于数字人体的针灸触觉反馈和组织形变研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学硕士学位论文基于数字人体的针灸触觉反馈和组织形变研究姓名：杨浩申请学位级别：硕士专业：生物医学工程指导教师：庄天戈20090101摘要基于数字人体的针灸触觉反馈和组织形变研究摘要本文在穴位融合三维数字人体的基础上，基于中医理念，近代生物力学理论和有限元方法，将针灸过程的反应力和组织形变用数学模型模拟出来，给操作者以视觉和触觉双重体验，使只带静止穴位的中医解剖数字人向带有力感反应和形变效果的中医物理数字人前进一步，为针灸教学提供一种更直观的反映动态过程的电子解剖学手段。在针灸触觉力学模型的基础上，本文研究了与常用重要穴位有关的组织包括皮肤、皮下

2、组织、肌肉等的力学参数，建立了各自的物理模型。根据人体穴位组织具有粘弹性特点，本文建立了与组织属性相关的粘弹性有限元形变模型。根据虚拟人VHP数据库中穴位所对应的图像数据，我们可以获得穴位周围及深度方向所经过的组织信息。针感力可以由针尖在虚拟组织的位置和速度，结合组织的力学模型计算获得，并由力反馈装置反馈给操作者。形变可以由组织属性数据，计算所得的针感力，结合组织的形变模型计算获得。运用管道通讯的方式，本文实现了力反馈仪与VOXEL-MAN虚拟人平台的数据通讯，建立了基于虚拟人的针灸虚拟力反馈系统。该系统不仅具有丰富的视觉信息，同时实现了实时性的数据传递

3、，带给操作者生动的针灸模拟环境，可用于对针灸初学者的训练。关键词：虚拟现实，力学模型，力反馈，有限元方法，软组织形变，针灸ABSTRACTSTUDYONMODELINGOFACUPUNCTUREFORCEFEEDBACKANDTISSUEDEFORMATIONBASEDONTHE3DTCMVISIBLEHUMANABSTRACTBasedonthe3-Dvisiblehumanfusedwiththelocalizationinformationandhierarchyofacupoints,thispaperproposedtheacupuncture

4、processwiththeformofforcefeedbackaccordingtotheChinesetraditionalmedicalspirit,modernbiomechanicstheoryandfiniteelementmethod,whichgivestraineesavividfeeling.Bythismethod,thetraditionalvisiblehumanwithstaticacupointsisimprovedtoanewonewithdynamicforcefeedbackandreal-timetissuedef

5、ormation.Themodelgivesprovidestheacupunctureteachinganelectronicmethodwhichshowsthedynamicprocessmoredirectly.BasedonthelocalizationofacupointsinVOXEL-MANsoftware,westudiedthemechanicalparametersofthemaintissuesincludingskins,fat,muscles,etc.,andconstructtheirphysicalmodelsrespec

6、tively.Basedontheviscoelasticityofthemantissues,weconstructthetissuedeformationmodelusingFiniteElementMethod.WecanobtainthetissuesinformationaroundtheacupointandalongtheneedledirectionaccordingtoimagesinVHPdatabase.Throughthephysicalmodelsoftissues,thefeedbackforcecanbecomputedby

7、thepositionandspeedofneedleinvirtualsystem,andbereturnedbacktoacupunctureleanerthroughforcefeedbackdevice.Thefiniteelementdeformationmodeloftissues,deformationcanbecomputedbythepositionandspeedofneedleinvirtualsystem,thefeedbackforce.Thedatacommunicationbetweenforcefeedbackdevice

8、andVOXEL-MANsoftwareisrealizedthroughpip