虚拟手术中模拟软组织切割的混合弹性模型

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1、**第")卷*第#)期计*算*机*仿*真"##+年#)月**文章编号：&##’(,$)-（"##+）#)(#"".(#’虚拟手术中模拟软组织切割的混合弹性模型于健，贾世宇，潘振宽（青岛大学信息工程学院，山东青岛"’’#+&）摘要：虚拟手术仿真系统应该同时满足真实性和实时性的要求。弹簧质点模型可以满足实时性的要求，但它无法模拟人体的粘弹性特征；而传统的有限元模型虽然可以模拟人体的粘弹性特征，但巨大的时间消耗使得这个方法几乎无法给出实时的反馈。混合弹性模型是一种基于有限元方法的优化模型，由于采用了简化措施，使得它既克服

2、了弹簧质点模型的缺陷；同时也满足了虚拟手术的实时性要求。实验证明混合弹性模型在虚拟手术的真实性和实时性之间达到了一个较好的折中效果，它可以实时的提供视觉反馈，同时也使在虚拟手术系统中引入力反馈器成为可能。关键词：虚拟手术；有限元；线性弹性；软组织切割中图分类号：/0$,&1,**文献标识码：2!"#$%&’()*+,&-./’0)/12/1,3&++4054,,&67&68&%,4*)24%70%#2&94)*,&/6!34567，4829:5(;<，02=>:?7(@<67（ABCC?D?BE87EBFG6H5B

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7、这一假设在虚所以可以预先计算它的刚度矩阵和刚度矩阵的逆矩阵并存拟手术建模中是完全可以接受的，本文提出的有限元模型即储器起来，这样可以节省大量的计算时间以抵消动态模型拓是建立在线性弹性理论的基础之上的。扑结构改变而导致刚度矩阵更新所需的计算时间。9HYN:67?ABH57是最先提出了混合模型思想，该模型基贾世宇副教授与潘振宽教授于"##)年建立了一套模拟于这样一个事实：在针对人体器官的切割操作时，总是对器人体软组织切割系统，但该切割模型是由非常规则的完全相官的一部分（病变部分）进行切割操作，而另一部分（健康部同的四面

8、体组成的，这一简化措施使得该系统可以满足实时分）则不作切割分离操作。由于存在以上的事实，可以使我性的要求，但当四面体达到一定数量时（通常几千个规则的四面体），并且仍旧远远少于能够较为真实模拟人体软组织基金项目：“山东省自然科学基金”资助的项目论文（!"##$%#&）所需的四面体数量，该系统的延迟性就会变得很大，这个缺收稿日期："##’(#"(")*修回日期：