检索结果-内蒙古大学图书馆

生物医学工程学杂志 2015年第5期32卷 989-996页

作者：陈卫东陈攀攀朱奇光燕山大学信息科学与工程学院秦皇岛066004 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室秦皇岛066004

基于弹簧-质点模型的基础上提出一种新的可变菱形拓扑结构模型,通过改变菱形边弹簧的长度及弹簧系数、初始夹角,可实现该模型对不同器官的形变模拟。此外在模型中加入虚拟弹簧提供约束力,避免外力过大出现超弹性现象,并用于形变过程中... 详细信息

基于弹簧-质点模型的基础上提出一种新的可变菱形拓扑结构模型,通过改变菱形边弹簧的长度及弹簧系数、初始夹角,可实现该模型对不同器官的形变模拟。此外在模型中加入虚拟弹簧提供约束力,避免外力过大出现超弹性现象,并用于形变过程中反馈力的计算。在力反馈形变算法中,筛选有效的移动质点,并把这些移动质点形成区域面积的改变与作用力联系起来,计算量小,从而简化了传统的弹簧-质点模型的力反馈算法。基于此模型采用PHANTOM触觉交互设备进行受力形变模拟实验。实验结果表明,该模型结构简单易于实现,采用的力反馈形变算法,降低了形变计算的次数,提高了形变的实时性,具有更逼真的形变效果。

关键词：软组织形变力反馈形变算法弹簧-质点模型菱形结构虚拟弹簧

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基于质点—弹簧体模型与改进欧拉算法的力反馈

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系统仿真学报 2013年第9期25卷 2234-2238页

作者：刘雪梅王瑞艺郭松华北水利水电大学信息工程学院郑州450011 呼伦贝尔学院传媒学院海拉尔021008

基于SensAble公司的PHANTOM力反馈设备,以肝脏组织为对象,对虚拟手术仿真中软组织的形变和触觉反馈进行研究。考虑虚拟手术仿真对精度和实时性的要求,采用基于四面体的质点—弹簧体模型构建肝脏组织物理模型,较好地反映了肝脏形变的体特... 详细信息

基于SensAble公司的PHANTOM力反馈设备,以肝脏组织为对象,对虚拟手术仿真中软组织的形变和触觉反馈进行研究。考虑虚拟手术仿真对精度和实时性的要求,采用基于四面体的质点—弹簧体模型构建肝脏组织物理模型,较好地反映了肝脏形变的体特征,增加了模拟的真实感;传统的模型中通常采用线弹性弹簧,但考虑到软组织形变时的黏弹特性,采用弹簧和阻尼器并联的Kelvin黏弹性力学模型模拟肝脏组织的生物力学特征,力图提高形变仿真的准确性。由于光滑的触觉反馈对实时性有更高要求,为进一步提高计算效率,提出一种改进的欧拉算法,仿真结果表明,帧速大于1000HZ,满足虚拟手术实时性需要。

关键词：软组织形变质点-弹簧体模型改进的欧拉算法力反馈

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虚拟手术中基于遗传算法的质点弹簧模型参数确定

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生物医学工程学杂志 2015年第6期32卷 1202-1206页

作者：陈颖胡序一朱奇光燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室秦皇岛066004 燕山大学信息科学与工程学院秦皇岛066004

质点弹簧模型是虚拟手术中常用模型之一,但由于其模型参数无明确物理意义,参数设定上存在诸多不便。由此提出基于遗传算法确定质点弹簧模型参数的方法。采用计算机辅助断层扫描数据(CAT data)确定质点质量值;弹簧弹性系数及阻尼系数通... 详细信息

质点弹簧模型是虚拟手术中常用模型之一,但由于其模型参数无明确物理意义,参数设定上存在诸多不便。由此提出基于遗传算法确定质点弹簧模型参数的方法。采用计算机辅助断层扫描数据(CAT data)确定质点质量值;弹簧弹性系数及阻尼系数通过遗传算法计算获得;并利用参考形变同模拟形变间差异大小作为适应度函数求得模型参数近似最优解。实验结果证明该方法能在较低计算成本的前提下获得弹簧参数的近似最优解,能够使虚拟模型较准确地再现实际模型形变效果。

关键词：虚拟现实软组织形变质点弹簧模型遗传算法

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大脑组织分层体网格建立及变形技术研究

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南方医科大学学报 2011年第10期31卷 1675-1681页

作者：陈春晓王睿彭娴璐吴佳妮南京航空航天大学生物医学工程系江苏南京210016

虚拟手术系统在辅助医生合理制定术前方案以提高手术成功率方面有重要意义。虚拟手术系统主要由医学数据可视化与建模和人体组织器官(主要是软组织)受力形变仿真两部分构成。针对大脑的复杂结构,本文采用混合水平集并结合阈值分割及形... 详细信息

虚拟手术系统在辅助医生合理制定术前方案以提高手术成功率方面有重要意义。虚拟手术系统主要由医学数据可视化与建模和人体组织器官(主要是软组织)受力形变仿真两部分构成。针对大脑的复杂结构,本文采用混合水平集并结合阈值分割及形态学方法,可有效地将大脑磁共振图像分割成头部轮廓、灰质、白质、脑脊液和脑室五部分,并利用课题组开发的基于约束的Delaunay算法及iso2mesh等开源工具包,建立了脑组织的四面体网格,并对各部分组织对应的网格分别进行标记。最后利用得到的具有真实解剖结构的有限元网格,对软组织的形变进行了研究,建立了基于Tensor-Mass模型的点触和球触变形模拟。本文的研究可进一步提高大脑虚拟手术的定位精度和反映大脑组织形变的过程。

关键词：图像分割体网格 Delaunay 软组织形变 Tensor-Mass

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一种自适应网格局部细分的软体任意切割与变形算法

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小型微型计算机系统 2013年第11期34卷 2639-2642页

作者：唐勇刘吉娟吕梦雅燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004

为提高虚拟手术切割的实时性与逼真性,提出一种软体实时任意切割与变形的新算法.采用质点弹簧模型模拟切割时软组织因外力引起的形变;在切割区域引入自适应网格局部细分算法精细化网格,然后将改进的顶点复制算法用于模拟刀痕,从而在增... 详细信息

为提高虚拟手术切割的实时性与逼真性,提出一种软体实时任意切割与变形的新算法.采用质点弹簧模型模拟切割时软组织因外力引起的形变;在切割区域引入自适应网格局部细分算法精细化网格,然后将改进的顶点复制算法用于模拟刀痕,从而在增加切割速率的前提下,保证切割与形变的逼真性.切割时的滴血现象基于粒子系统表现,并将余弦定理和相似三角形的合并方法应用于血珠的融合,增强切割效果的逼真性.实验结果表明:自适应网格局部细分模型与原始的粗网格模型的计算量相差很少,但是模拟的逼真度成倍提高;在细分后的小网格中采用改进的顶点复制算法,速率得到提高.逼真地实现软组织的实时任意切割与变形.

关键词：虚拟手术软组织形变切割自适应细分改进的顶点复制滴血

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具有力反馈的耳显微外科虚拟手术研发

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计算机仿真 2019年第5期36卷 360-365页

作者：顾灵凯谢叻戴培东上海交通大学生物医学工程学院上海200030 上海交通大学材料科学与工程学院上海200030 复旦大学附属眼耳鼻喉科医院上海200030

针对传统耳显微外科手术训练的弊端,研发一套虚拟手术仿真系统,包含电子耳蜗植入术与镫骨手术。其中耳部器官模型在断层扫描的基础上,采用面绘制的技术获得,辅助以强制双面显示及半透明化功能,直观清晰地观察耳部器官内部结构。碰撞检... 详细信息

针对传统耳显微外科手术训练的弊端,研发一套虚拟手术仿真系统,包含电子耳蜗植入术与镫骨手术。其中耳部器官模型在断层扫描的基础上,采用面绘制的技术获得,辅助以强制双面显示及半透明化功能,直观清晰地观察耳部器官内部结构。碰撞检测采用多层次混合包围盒树算法,软组织形变与力反馈计算模块基于改进的弹簧-质点建模方式,提出运用支撑骨架球模型进行软组织形变与基于各层形变区域面积的力反馈算法。仿真结果表明,系统具有良好的实时性、趣味性、准确性,与传统的手术训练相比,术前模拟训练后手术精确性得到显著提高。

关键词：虚拟手术碰撞检测软组织形变力反馈模拟训练

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三维形态分析技术在半侧颜面短小患者头面部软组织三维测量及外耳再造的研究

三维形态分析技术在半侧颜面短小患者头面部软组织三维测量及外耳...

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作者：张晋光中国协和医科大学

学位级别：博士

第一部分半侧颜面短小综合症患者头面部软组织对称性的三维测量及初步分析研究目的：通过对CT扫描数据三维重建,对伴小耳畸形的半侧颜面短小综合症患者的头面部软组织进行CT扫描及数字模型的重建；通过测量软件对头面部对称性差异进行... 详细信息

第一部分半侧颜面短小综合症患者头面部软组织对称性的三维测量及初步分析研究目的：通过对CT扫描数据三维重建,对伴小耳畸形的半侧颜面短小综合症患者的头面部软组织进行CT扫描及数字模型的重建；通过测量软件对头面部对称性差异进行测量和分析,为伴小耳畸形的半侧颜面短小综合症患者的颜面畸形的矫正和外耳再造提供理论依据。研究对象和方法：在2008年～2010年间入院的伴单侧小耳畸形的半侧颜面短小综合症的患者中,选择30例患者。对上述患者进行头颅CT扫描以及数字模型重建。在重建的三维数字模型上选择28个定点,通过测量软件进行测量,并进行初步的分析。测量内容包括：1、空间直线距离：2、弧度测量；3、角度测量；4、面积测量；4、体积测量；本研究的目的是对伴小耳畸形的半侧颜面短小综合症患者的头面部软组织的差异程度进行分析,数据分析以健侧头面部软组织为对照,测量并分析患侧头面部软组织与健侧的差异。测量结果通过SPSS13.0软件进行统计学分析。结果：1、具有显著性统计学差异的有：双侧鼻翼点到X轴、Y轴的空间距离；双侧颊点到X轴、Y轴、Z轴的空间距离；双侧下颌角点到X轴、Y轴、Z轴的空间距离；双侧耳屏点到X轴的空间距离。2、弧长测量方面：所测量弧长均有显著性统计学差异。3、在角度测量方面：角度②、⑤、⑥有显著性统计学差异。4、面积测量方面：下颌区的面积、颧区的面积、颏区的面积具有显著性统计学差异。5、体积测量方面：下颌区的体积、颧区的体积、颏区的体积、颞区的体积具有显著性统计学差异。结论：1、伴小耳畸形的半侧颜面短小综合症患者头面部不对称畸形是三维轴向的不对称畸形。2、除了小耳畸形外,下颌区畸形是伴小耳畸形的半侧颜面短小综合症面部不对称的主要表现和手术治疗的重点。3、外眦、鼻翼,畸形程度较轻,下颌角点和耳屏点不对称程度最明显。4、颞区的畸形直接影响外耳再造时耳支架的雕刻和放置。第二部分三维颅骨模型在外耳再造耳支架放置位置选择中的应用研究研究目的：探讨三维颅骨模型在外耳再造耳支架位置选择中的应用,比较使用三维颅骨模型和未使用三维颅骨模型对耳支架放置位置选择的影响,为外耳再造术提供新的思路。研究对象和方法：在2008年3月～2010年3月间入院的患者中,选取应用自体肋软骨支架移植外耳再造、单侧小耳畸形的半侧颜面短小的患者40例,其中20例术前头颅CT扫描,并利用快速成型技术制作出三维颅骨模型作为术前设计耳支架放置位置的模板,并在术后半年后进行随访调查。同时随机随访未应用三维颅骨模型进行术前设计的患者20例做对照组。随访调查内容包括：1、评价再造耳廓位置的对称性。应用SPSS 13.0软件,用卡方检验进行分析应用和未应用三维颅骨模型在再造耳位置对称性方面的差异有无显著性意义。2、评价颅耳角的差异。应用SPSS 13.0软件,用卡方检验进行分析应用和未应用三维颅骨模型在再造耳的耳颅角的差异有无显著性意义。结果：1、在再造耳廓位置及对称性方面,应用三维颅骨模型的患者组与未应用三维颅骨模型的患者组,两者之间的差异有显著的统计学意义(P=0.0424,P＜0.05)。2、在再造耳颅耳角方面,应用三维颅骨模型的患者与未应用三维颅骨模型的患者,两者之间无显著性差异(P=0.799,P＞0.05) 结论：应用三维颅骨模型在外耳再造术前耳支架放置位置确定方面具有临床价值,是一种技术上的进步,有利于提高手术效果。第三部分小耳畸形患者的再造耳有限元模型研究目的：通过建立再造耳有限元模型,验证该系统的可行性和实用性。寻找解决耳再造手术术难以预测术后外耳形态变化障碍的最佳途径,并探索新的、更有效的手术方法。方法：选择1例伴单侧小耳畸形的半侧颜面短小患者一例,于外耳再造术后半年,进行头面部三维螺旋CT扫描,对外耳结构进行三维重建,对已构建的再造耳的三维几何模型采用手工划分的方式构建网格。然后应用有限元软件包ANSYS对划分的网格结构进行有限元分析,建立再造耳有限元模型。模型建立后,应用有限元软件包ANSYS对不同时间点的变化进行分析。结果：获取的再造耳有限元模型由52566个单元和84787个网格点组成。该模型在一定程度上反映了再造耳的生物力学性能,具有真实有效性。术后再造耳的形态变化均以数据和图像两种形式输出。经模拟后的软组织特征点的受力最显著的是外耳轮上缘、其次是舟状窝,其他标志点变化不大。再造耳形变的结果,提供了对外耳再造手术的手术方案进行修订,具有很高的临床应用价值。结论：本实验应用有限元技术,建立了一个能够反映外耳部分软组织生物力学性能,包含皮肤、软骨支架的有限元模型；并可以在患者再造耳有限元模型上进行手术后形

关键词：先天性小耳畸形半侧颜面短小综合症三维测量先天性小耳畸形三维颅骨模型耳廓再造快速成型技术颅耳角有限元技术有限元分析外耳再造软组织形变预测

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计算机辅助颌面外科手术患者的面部软组织有限元模型研究

计算机辅助颌面外科手术患者的面部软组织有限元模型研究

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作者：米那瓦尔·阿不都热依木新疆医科大学

学位级别：博士

口腔颌面外科手术,尤其是正颌外科手术,主要针对面部骨性形态异常的患者,其目的不仅要改善功能,而且要恢复美观、悦人的外貌。为了获取最好的手术效果,需要在手术前选择一个最佳的手术方案。精细的手术要求外科医生与正畸医生的密切合作... 详细信息

口腔颌面外科手术,尤其是正颌外科手术,主要针对面部骨性形态异常的患者,其目的不仅要改善功能,而且要恢复美观、悦人的外貌。为了获取最好的手术效果,需要在手术前选择一个最佳的手术方案。精细的手术要求外科医生与正畸医生的密切合作,以便制定出一个整合了临床检查、牙模及头影测量所获得的多方面信息的治疗计划。这需要医生能够在术前依据拟采取的术式、截骨部位、截骨量以及骨段移动的方向,预测患者术后的颜面外观及形态变化的结果,同时和患者及其亲友进行交流,再根据预测结果是否被认同最后确定和修正手术方案。多年来,术前无法预测术后面部软组织的形态变化一直是限制手术精确性的障碍。传统的方法只能通过头颅侧位片在二维空间上进行手术的设计和术后预测,预测结果不够准确。如何准确地预测术后的颜面软组织形态变化一直是临床医生关心和研究的课题之一。因此,对软组织形态变化进行逼真的预测是非常有必要的。目前已经有了应用计算机生成器官数字模型,并应用有限元分析手段来模拟手术的方法。计算机技术与医学的结合,尤其是与颅颌面外科的结合,促进了医学科学的飞速发展,在手术模拟、医学教育和培训、手术计划和术中辅助等方面都有许多应用,但寻求一种具有高度仿真性且便于临床应用的数字模型的方法仍有待于进一步探讨。本文采用三维螺旋CT扫描、三维重建、有限元手段及计算机模拟手术等方法,描述了颌面外科手术骨组织移位后面部软组织形态变化的预测方法,并建立了一种能较快速形成的患者头面部软组织有限元模型。由于在网格结构中纳入了部分面部肌肉,并根据其力学性能(各向异性、肌肉收缩的硬度)定义了肌肉及其周围结构,因而可较好地模拟肌肉运动下的面部软组织形变。这种方法形成的患者特异性头面部软组织有限元模型是适时、有效、并初步适合临床应用的。目的: 创建正常人头面部软组织有限元模型,为正颌外科手术精细化提供理想的数字化工具及基础。在正常人头面部软组织有限元模型的基础上构建患者特异性头面部软组织有限元模型,并在患者特异性头面部软组织有限元模型上模拟手术,预测骨组织移位后软组织的形态变化情况。拟研究、开发和建立辅助正颌外科手术设计和预测手术效果的CAD系统。通过获取2例临床上拟行正颌外科手术的患者的医学信息并建立有限元模型,验证该系统的可行性和实用性。寻找解决颌面部手术术前难以预测术后面部软组织形态变化障碍的最佳途径。探索新的、更有效的颌面部手术的精确方法。开发正颌外科颅颌面三维立体可视化手术模拟系统,在计算机屏幕上完成正颌外科手术的实际操作过程,修订手术方案,进行医患交流并制定最佳手术方案。方法: 1.应用有限元技术建立正常人头面部软组织模型的实验研究 1.1正常人头面部三维螺旋CT扫描与重建选择1例发育正常、无错牙合畸形及骨性形态异常的正常志愿者1名,对该正常人的头面部进行三维螺旋CT扫描,扫描层厚/层距为0.625mm/0.625mm,获取头面部断层数据,扫描结果以DICOM格式保存。 DICOM格式不能直接被有限元软件所应用,本文采用MIMICS10.01软件对正常人头面部骨组织与软组织两部分结构进行三维重建,重建间隔为0.25mm,采取自动提取轮廓与人工介入选择特征点的交互式轮廓提取方式分别构建骨组织、皮肤组织和皮下组织的三维几何模型,同时对构建的三维几何模型进行优化,最终以可直接被有限元软件所应用的STL文件格式保存。 1.2正常人头面部软组织有限元模型的建立在CT扫描和重建结果的基础上,对已构建的骨组织、皮肤和皮下组织的三维几何模型采用手工划分的方式构建网格。设定颅面骨硬组织表面和边界条件,分割皮肤表面与颅面骨表面,对骨组织、皮肤和皮下组织均采用四面体(三角面片)的形式进行网格划分,采用3不同单元构成构建网格,并将6组面部肌肉纳入网格中;在网格结构中根据其力学性能对纳入的6组颌面部肌肉及其周围组织进行定义,同时应用有限元软件包ANSYS对划分的网格结构进行有限元分析,建立正常人头面部软组织有限元模型。由五位有经验的颌面外科和整形外科医生对比志愿者的外貌及CT资料,定性地分析构建的正常人头面部软组织有限元模型与志愿者外形的相似性,验证其临床实用性。探讨3种不同单元构成的网格在构建有限元模型方面的优势,为进一步构建患者特异性头面部软组织有限元模型奠定基础。 2.患者特异性头面部软组织有限元模型的建立研究选择2例骨性下颌前突、拟进行正颌外科手术的患者,采用三维螺旋CT对患者的头面部软、硬组织结构进行CT扫描,并对输出的文件采用MIMICS10.01软件进行三维重建。按照最佳单元构成在患者的三维几何模型上分别进行骨组织、皮肤组织和皮下组织的网格划分。随后将构建的患者三维网格引入有限元软件包ANSYS中进行分析,导出2例患者的特异性头面部软组织有限元模型。同样由五位有经验的颌面外科和整形外科医生对比患者

关键词：计算机辅助手术螺旋CT 有限元技术手术模拟软组织形变预测

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图像引导下肝脏形变矫正仿真

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计算机仿真 2019年第5期36卷 250-254页

作者：董露露刘建明桂林电子科技大学计算机与信息安全学院

为解决腹腔镜肝切除手术中气腹压引起的肝脏形变问题,提出一种在图像引导下对肝脏形变进行矫正的流程。首先,对术前肝脏CT图像分割并网格划分成有限元网格,根据生物力学参数生成生物力学模型;其次,提取术中状态下肝脏表面与术前生物力... 详细信息

为解决腹腔镜肝切除手术中气腹压引起的肝脏形变问题,提出一种在图像引导下对肝脏形变进行矫正的流程。首先,对术前肝脏CT图像分割并网格划分成有限元网格,根据生物力学参数生成生物力学模型;其次,提取术中状态下肝脏表面与术前生物力学模型表面做基于ICP算法的初始配准,将配准结果作为生物力学边界条件求解变形场;然后,对于采集的术前CT图像与术中CT图像使用B样条算法进行非刚性配准,将得到配准后的变形场作为金标准;最后使用变形场作为约束条件求解力学方程,驱动生物力学模型变形。使用真实实验获取的七头猪的肝脏数据作为实验数据进行实验研究,结果表明上述方法在肝脏形变矫正问题的精确性和鲁棒性上具有一定的优越性。

关键词：图像引导软组织形变有限元模型非刚性配准

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虚拟手术中缝合过程的相关技术

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吉林大学学报（工学版） 2013年第S1期43卷 16-20页

作者：吕梦雅韩育芳唐勇燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室河北秦皇岛066004

针对虚拟手术缝合过程中软组织与缝合线交互模拟实现困难的问题,提出一种新的缝合模拟方法。首先,采用质点弹簧模型对软组织建模,为使软组织形变更加真实,在软组织质点间引入内摩擦力系数;其次,为更好地保持缝合线的刚体特征的同时,保... 详细信息

针对虚拟手术缝合过程中软组织与缝合线交互模拟实现困难的问题,提出一种新的缝合模拟方法。首先,采用质点弹簧模型对软组织建模,为使软组织形变更加真实,在软组织质点间引入内摩擦力系数;其次,为更好地保持缝合线的刚体特征的同时,保证软组织和缝合线的交互过程接近物理真实,几何和物理方法相结合建模缝合线,运用质点弹簧模型可以对产生交互的软组织结点和缝合线结点进行受力分析,采用跟踪头结点算法计算缝合线的新位置;最后,考虑到多次缝合时软组织形变相互影响,利用已缝合结点的对应缝合点计算两个软组织的形变。实验表明,该方法有效提高了软组织形变和缝合线运动真实感,同时保证了模拟过程的实时性。

关键词：虚拟手术软组织形变质点弹簧缝合跟踪头结点

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