检索结果-内蒙古大学图书馆

中国科技论文 2019年第7期14卷 803-807页

作者：王娜陈国栋许少剑福建师范大学福清分校电子与信息工程学院福州350300 福建师范大学福清分校无损检测技术福建省高等学校重点实验室福州350300 福建师范大学福清分校非遗数字化与多源信息融合福建省高校工程研究中心福州350300 福州大学物理与信息工程学院福州350108

针对传统软组织形变方法中真实感与实时性难以平衡的问题,提出了一种基于网格与无网格混合的软组织形变方法。在大变形的手术区域采用无网格方法,在小变形的手术区域采用基于质点弹簧的网格方法,充分发挥两者的优势,达到真实感与实时性... 详细信息

针对传统软组织形变方法中真实感与实时性难以平衡的问题,提出了一种基于网格与无网格混合的软组织形变方法。在大变形的手术区域采用无网格方法,在小变形的手术区域采用基于质点弹簧的网格方法,充分发挥两者的优势,达到真实感与实时性要求。实验结果表明,基于网格与无网格混合的形变方法具有较高的计算效率,且形变效果较好,能够满足虚拟手术仿真的操作流畅性,增强虚拟手术仿真的真实感。

关键词：虚拟手术软组织形变质点弹簧模型无网格模型混合模型

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一种基于无网格模型的整形手术术后软组织形变预测方法

一种基于无网格模型的整形手术术后软组织形变预测方法

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作者：祝颂松陈杉李昊翰杨浅毕瑞野赵文丽姜楠陈浩哲吴国民应彬彬 610065 四川省成都市武侯区一环路南一段24号

本发明涉及医学整形预测领域，公开了一种基于无网格模型的整形手术术后软组织形变预测方法，用以提升整形手术效果预测的精准程度。本发明包括；S1.从患者术前整形部CT数据中提取受手术影响区域的软组织的内、外表面；S2.在软组织内、... 详细信息

标准号: CN113034532B

本发明涉及医学整形预测领域，公开了一种基于无网格模型的整形手术术后软组织形变预测方法，用以提升整形手术效果预测的精准程度。本发明包括；S1.从患者术前整形部CT数据中提取受手术影响区域的软组织的内、外表面；S2.在软组织内、外表面之间提取手术影响范围内的无网格软组织节点；S3.采用无网格建模方法，构建软组织节点的无网格形函数及其偏导数；S4.根据骨骼位移量对软组织节点进行无网格形变仿真；S5.通过对软组织外表面的节点位移进行插值和平滑，得到整个软组织外表面的位置仿真预测值。本发明适用于颌面整形手术、正畸手术等各种通过矫正骨骼来引起软组织外形改变的整形手术术后软组织形变预测。

关键词：软组织整形手术形变术后骨骼预测颌面整形手术无网格模型仿真预测节点位移网格建模网格形变效果预测影响区域偏导数网格形位移量整形部整形构建网格正畸矫正医学

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一种基于无网格模型的整形手术术后软组织形变预测方法

一种基于无网格模型的整形手术术后软组织形变预测方法

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作者：祝颂松陈杉李昊翰杨浅毕瑞野赵文丽姜楠陈浩哲吴国民应彬彬 610065 四川省成都市武侯区一环路南一段24号

标准号: CN113034532A

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基于无网格的软组织切割模型的研究进展

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中国生物医学工程学报 2012年第1期31卷 123-128页

作者：徐少平李春泉江顺亮罗洁南昌大学信息工程学院南昌330031 南昌大学机电工程学院南昌330031 南昌大学传染病附属医院南昌330002

具备支持实时交互能力的软组织切割模型对于虚拟手术仿真系统具有至关重要的意义。传统的软组织切割模型多基于网格建立,将软组织切割过程建模为手术刀具与软组织几何模型之间的网格切割计算,并在此基础上建立和求解生物力学方程以描述... 详细信息

具备支持实时交互能力的软组织切割模型对于虚拟手术仿真系统具有至关重要的意义。传统的软组织切割模型多基于网格建立,将软组织切割过程建模为手术刀具与软组织几何模型之间的网格切割计算,并在此基础上建立和求解生物力学方程以描述切割过程。由于网格切割计算代价高且软组织切割过程中涉及到复杂的生物力学问题,很难实现实时交互,严重影响了虚拟手术仿真效果。与此相反,基于无网格的软组织切割模型打破了网格限制,在触觉/视觉逼真度和实时性方面都具有很大优势。文中从力反馈和视觉反馈的渲染质量和速度等方面,就基于无网格的软组织切割模型的研究现状进行了概述,对存在的问题进行了分析和总结,并对未来的发展方向进行展望。

关键词：虚拟手术仿真软组织切割模型有限元无网格模型

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基于深度学习的地下水问题数值模拟方法

基于深度学习的地下水问题数值模拟方法

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作者：王静武汉大学

学位级别：硕士

区域地下水问题是地下水资源的管理和保护领域的重要课题之一。目前,地下水的不合理开采已成为引起地面沉降和沉陷等诸多地质灾害的主要原因,了解地下水的区域运动情况在预测地下水流量和控制地下水的开采方面起着重要的作用,这往往涉... 详细信息

区域地下水问题是地下水资源的管理和保护领域的重要课题之一。目前,地下水的不合理开采已成为引起地面沉降和沉陷等诸多地质灾害的主要原因,了解地下水的区域运动情况在预测地下水流量和控制地下水的开采方面起着重要的作用,这往往涉及到对区域地下水模型的数值模拟。总所周知,尺度差异问题是区域地下水数值模拟中的一个重要问题,它往往会给数值模拟带来很多困难和挑战,例如,在某个导水率会发生数量级的改变的含水层系统中,使用传统的数值方法对该问题进行离散化处理时,为了得到有意义的解,需要引入很多的自由度,这使得计算会消耗大量的内存和时间。近年来,许多研究者围绕区域地下水中的尺度差异问题做了大量富有成效的工作,也开发了一些比较成熟的模拟软件。在这些工作中,有的关注基于网格的数值模型,但这类方法往往存在一定的局限性,例如,在处理抽水井问题时,设计出合适的数值算法以匹配自适应加密网格并不容易;有的关注无网格数值方法,如径向基函数方法(RBF)和蒙特卡洛方法(MCM),但这类方法的缺点是数值不够稳定和计算效率不太高。本文针对区域地下水问题中尺度差异问题,设计了一种新型的深度学习方法“GWPINN”,提出了不同的采样方式和训练策略,在一定程度上弥补了传统数值方法在处理尺度差异问题的不足。本文还设计了不同的测试算例来对GWPINN进行训练,并将其与著名的地下水数值模拟软件MODFLOW进行了比较,数值模拟结果显示了GWPINN在处理尺度差异问题的强大能力。

关键词：地下水模型尺度差异深度学习神经网络无网格模型

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虚拟手术仿真系统中软组织形变模型的研究

虚拟手术仿真系统中软组织形变模型的研究

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作者：吴海伦南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着临床医疗水平的快速提升和计算机技术的不断发展,虚拟手术仿真系统在新手医学教学、远程医疗、术前手术方案制定、术中导航以及术后康复等方面发挥重要作用,能够打破传统手术训练方式的某些限制、制定最佳手术方案以及提高手术成功... 详细信息

随着临床医疗水平的快速提升和计算机技术的不断发展,虚拟手术仿真系统在新手医学教学、远程医疗、术前手术方案制定、术中导航以及术后康复等方面发挥重要作用,能够打破传统手术训练方式的某些限制、制定最佳手术方案以及提高手术成功率,因此虚拟手术的研究具有广泛应用前景,正成为医疗领域的前沿课题和研究热点。软组织形变模型是虚拟手术仿真系统中最为核心的部分,需要同时满足视觉逼真、模型形变真实性和交互实时性的要求,是研究中亟待解决的难点问题。因此,本文重点围绕如何在保证软组织形变模拟精度的同时如何提升计算效率的问题为主线,深入研究虚拟手术的软组织形变模型并进行相应优化,本论文主要工作如下:(1)针对质点弹簧模型稳定性差和形变精确性低的问题,提出了一种基于体积守恒和形变恢复能力的质点弹簧优化模型,首先在模型中添加一种新型弯曲弹簧来确保软组织发生大形变时的形变恢复能力,并根据粒子群优化算法优化模型参数以提高形变精确性,然后引入体积守恒约束来维持可变形物体的体积和实现软组织的不可压缩特性。(2)针对有限元模型计算量大而导致计算效率低的问题,提出了一种基于模型降阶法的有限元实时切割模型,首先使用有限元模型模拟软组织形变,并在其中加入本征正交分解与伽辽金投影相结合的模型降阶法来减少形变计算量,然后利用直线模型根据手术器械与软组织的碰撞交点形成切割路径,最后采用贝塞尔曲线绘制表面切口。(3)针对无网格模型形变精确性与仿真实时性难以平衡的问题,提出了一种基于改进点原语法的软组织形变模型,首先使用基于点原语法在软组织内部模拟形变来控制节点运动,并在其中加入拉伸约束和弹性势能约束修正节点位置来模拟软组织的弹性特性,然后基于移动最小二乘法建立从内部到表面的映射函数来渲染其形变的视觉效果。通过搭建虚拟手术仿真系统实验平台,分别利用这三种模型进行相应的软组织形变模拟,并借助PHANTOM OMNI力触觉反馈设备设计实验验证模型性能。实验结果表明,本文所提三种软组织形变模型的形变效果真实自然,并且在不损害计算精度的前提下提高了仿真实时性,能够较好的实现软组织拉伸、压缩和切割等手术操作,为虚拟手术训练提供了有力支撑。

关键词：虚拟手术软组织形变质点弹簧模型有限元模型无网格模型

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基于弹性力学的血管壁形变仿真方法研究

基于弹性力学的血管壁形变仿真方法研究

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作者：高志坚福州大学

学位级别：硕士

虚拟手术系统是虚拟现实技术在医学领域的重要应用,其将计算机图形学与弹性力学理论、现代医学相结合,能够为医务人员提供手术训练、手术导航和医学教育等功能。血管壁的穿刺和夹持不仅广泛存在于采血、注射和止血等常规医疗操作中,也... 详细信息

虚拟手术系统是虚拟现实技术在医学领域的重要应用,其将计算机图形学与弹性力学理论、现代医学相结合,能够为医务人员提供手术训练、手术导航和医学教育等功能。血管壁的穿刺和夹持不仅广泛存在于采血、注射和止血等常规医疗操作中,也是心血管手术不可忽略的一部分。因此,血管壁形变仿真是虚拟手术系统的重要组成部分和关键技术之一。在血管壁形变仿真中,不仅要保证仿真的稳定性和实时性,更应该强调血管壁的受力形变是否具有良好且符合物理直觉的视觉效果。本文在虚拟手术这一背景下,针对血管壁穿刺形变和夹持形变的真实感、实时性和可交互性展开研究,具体如下:首先,建立了血管壁形变的物理模型和离散模型。根据血管壁的力学特性和仿真的需求,将描述线性、均匀性和各向同性弹性体的Navier-Cauchy方程和无网格模型分别作为血管壁形变的动力学方程和物理模型。利用Tet Gen工具对血管的几何模型进行四面体剖分,并通过在四面体的顶点处布置质点建立了血管的离散模型。此外,自定义了一种存储质点坐标的数据文件,以此加快仿真中质点坐标数据的读写速度。其次,对血管壁形变的仿真方法展开了研究。针对以形变位移场为解的Navier-Cauchy方程基本解存在的奇异问题,提出使用具有径向对称性质的函数进行外力分布,以此得到去奇异化的位移场函数的解析解。根据连续弹性方程将各个质点的位移矢量转化为体积力,以此通过质点移动路径的积分模拟不断变化的血管壁。这种基于弹性力学的方法能够使血管壁产生体现自身力学特点且稳定的形变效果,保证了仿真的真实感和稳定性。再次,对血管壁形变中的交互与加速方法展开了研究。针对传统碰撞检测方法难以兼顾检测精度和检测速度问题,基于层次包围盒法和变步长的粒子群算法,实现了一种高效且精度可调的混合碰撞检测方法,提高了仿真的可交互性。针对仿真中各个质点的位移矢量求解等数据密集型计算任务,使用GPU并行计算技术进行加速,提高了仿真的实时性。最后,本文设计并实现了基于MFC框架的血管壁形变仿真最小原型系统,实现了数据读写、人机交互和形变仿真方法的集成与可视化。并通过实验结果的展示和分析,证明本文方法在血管壁形变的真实感、实时性、可交互性和稳定性等四个方面均具有良好的表现,是一种可行、有效的方法。

关键词：虚拟手术血管壁形变无网格模型弹性动力学形变方法

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基于网格失配压缩感知的测向技术研究

基于网格失配压缩感知的测向技术研究

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作者：王旭电子科技大学

学位级别：硕士

基于压缩感知的DOA估计方法（Compressed Sensing Direction of Arrival,CS-DOA）是近十年来新兴起来的技术,其主要思想是基于信源空间分布的稀疏这一假设,利用信号重构来估计空间谱并进行DOA估计。但是基于压缩感知的DOA估计方法会存... 详细信息

基于压缩感知的DOA估计方法（Compressed Sensing Direction of Arrival,CS-DOA）是近十年来新兴起来的技术,其主要思想是基于信源空间分布的稀疏这一假设,利用信号重构来估计空间谱并进行DOA估计。但是基于压缩感知的DOA估计方法会存在一个缺点,即对空域离散网格划分的疏密会影响求解精度,当网格划分过稀时,估计的精度会受限于网格分布;而当划分过密时,信号模型中的阵列导向矩阵性态会变差,导致压缩感知算法失效。本文主要研究了空域离散网格划分对CS-DOA估计的影响和解决方法。具体内容如下:1、研究CS的基本理论,介绍了几种经典的CS-DOA估计算法,包括1l-SVD算法、FOCUSS算法和IAA算法,以及基于贝叶斯压缩感知的DOA估计算法。本文进行实验仿真来验证这几种算法的有效性,并分析这几种算法的不足之处。2、针对网格失配的情况,研究了两类减少空域离散网格划分影响的压缩感知DOA估计算法,即网格精炼方法和离网波达方向稀疏重构算法。其中网格精炼方法是在l1-SVD算法的基础上精炼网格,离网波达方向稀疏重构算法在贝叶斯压缩感知的基础是构建离网模型并补偿空域离散化误差。本文对这些算法的有效性进行仿真分析,比较了这些算法与传统DOA估计算法之间的性能差异。3、研究了一种无网格压缩感知的DOA估计算法,即SPA算法。该算法在估计波达方向时,无需对空域进行离散的网格划分。本文对SPA算法的有效性进行仿真分析,并比较了SPA算法与传统DOA估计算法以及离网DOA估计算法之间的性能差异。

关键词： DOA估计压缩感知稀疏表示离网模型无网格模型

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虚拟手术中软组织物理建模方法的研究

虚拟手术中软组织物理建模方法的研究

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作者：俞雪峰南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来虚拟现实技术不断革新并在医疗领域取得长足应用,其中虚拟手术训练最为典型有效。虚拟手术训练具有可重复性、训练效果好且成本低等优势,其突破了无法短时间内训练出合格外科医生的瓶颈,有效的解决了外科医生资源紧缺的问题,为人... 详细信息

近年来虚拟现实技术不断革新并在医疗领域取得长足应用,其中虚拟手术训练最为典型有效。虚拟手术训练具有可重复性、训练效果好且成本低等优势,其突破了无法短时间内训练出合格外科医生的瓶颈,有效的解决了外科医生资源紧缺的问题,为人类医疗卫生事业的建设与发展做出了巨大贡献。在虚拟手术训练中软组织模型质量直接影响手术训练效果,建立真实有效的软组织模型至关重要,然而现有物理模型无法实现精度与计算效率并重,因此本文以如何提升软组织形变模拟的真实性并降低计算复杂度的问题为主线进行展开,深入研究虚拟手术中软组织的物理建模方法并进行相应改良,本论文主要工作如下:(1)针对无网格模型难以表示软组织生物力学特性的问题,提出了一种基于无单元伽辽金法的局部高分辨率软组织形变模型,该模型采用无单元伽辽金法模拟软组织形变,并在其中引入开尔文粘弹性模型和调整函数来模拟软组织非线性粘弹性,此外利用局部高分辨率算法进行优化以提供软组织形变细节的渲染反馈。(2)针对无网格模型精度与计算复杂度此消彼长的问题,提出了一种基于马夸特法和富集函数的软组织形变模型,该模型以上述非线性粘弹性无网格法为基础,利用马夸特法拟合软组织上力和表面形变位移之间的关系实现快速形变,并采用富集函数来处理软组织发生切割操作时切口出现的不连续性问题。(3)针对质点-弹簧模型参数难以选取及结构不稳定的问题,提出了一种参数优化的软组织局部压缩形变模型,该模型利用四面体质点-弹簧模型构建软组织,采用模拟退火算法优化弹簧刚度系数和阻尼系数,同时对软组织进行局部形变区和非形变区的划分实现局部形变计算,此外设定过度压缩补偿策略防止模型出现超弹性效应。通过搭建虚拟仿真平台,利用三种模型分别进行相应的软组织形变模拟,并设计实验验证模型性能。模拟及验证结果表明,本文所提三种软组织物理建模方法有效提升了软组织形变模拟的真实性和实时性,并能够很好的实现软组织拉伸、压缩和切割等手术操作,为虚拟手术训练提供了有力支持。

关键词：虚拟手术物理建模无网格模型质点-弹簧模型软组织形变

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基于纳入开尔文粘弹性模型的网格模型的虚拟切割方法

基于纳入开尔文粘弹性模型的网格模型的虚拟切割方法

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作者：张小瑞占怡孙伟刘佳朱利丰宋爱国 211500 江苏省南京市六合区王桥路59号雨庭广场

本发明公开了一种基于纳入开尔文粘弹性模型的网格模型的虚拟切割方法，构建开尔文粘弹性模型，由虚拟切割材料的参数和切割时间求解时间中的位移增量，再计算每个节点的新位移、应变和应力，产生模拟切口，为网格纳入了开尔文粘弹性模... 详细信息

标准号: CN108877944A

本发明公开了一种基于纳入开尔文粘弹性模型的网格模型的虚拟切割方法，构建开尔文粘弹性模型，由虚拟切割材料的参数和切割时间求解时间中的位移增量，再计算每个节点的新位移、应变和应力，产生模拟切口，为网格纳入了开尔文粘弹性模型，以受力变形代替近似计算，解决了有限元模型中的网格失真、连续切割的问题与无网格模型中有关不同变形形式的问题。且大大减少了计算量，优化了性能。通过此模型，针对变形，只需计算施力时点的位置，而撤力后，由于力的平衡被打破，网格自动复原，减少了计算量；针对切割，剔除开口间的具有粘弹性的网格线，使网格自动变形，相比于传统的近似开口形状、大小，更符合实际，且操作简单。

关键词：粘弹性网格切割计算量虚拟无网格模型变形形式近似计算开口形状连续切割模拟切口切割材料受力变形网格模型自动变形自动复原传统的网格线元模型求解构建施力时点失真剔除近似变形开口平衡优化

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