导读:本文包含了软组织形变模型论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:模型,软组织,手术,网格,质点,弹簧,脑外科。
软组织形变模型论文文献综述
王娜,陈国栋,许少剑[1]（2019）在《基于网格-无网格模型的软组织形变方法》一文中研究指出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。(本文来源于《中国科技论文》期刊2019年07期）
邹艳妮[2]（2016）在《脑外科虚拟手术中软组织形变及撕裂模型研究》一文中研究指出随着计算机技术在近年来的迅猛发展,在20世纪末出现了一项新的信息技术-虚拟现实技术(Virtual Reality,VR),虚拟现实技术被广泛应用到了工业、医学、娱乐和教育等多个领域。虚拟手术系统是虚拟现实技术的重要应用之一,它可以帮助医生制定手术方案、术中导航、还可以用来对实习医生进行培训从而减少手术失败率。目前国内外较成熟的虚拟手术系统仿真了多种多样的手术类型,而脑外科虚拟手术的仿真系统却非常少,由于脑外科手术是一种最复杂,最精细的手术之一,因此对脑外科医生进行术前培训是非常必要的。针对这个需求,本文开发了一套脑外科虚拟手术仿真系统,在这个系统的开发过程中解决的最重要的问题就是如何让使用者对虚拟场景和虚拟病人有逼真的视觉和实时的触觉感知和交互。为实现这个目标,本文对以下几个方面进行了研究。首先,由于脑外科手术中涉及到了丰富的组织器官,对所有的器官进行形变交互仿真会非常消耗系统的运行时间。为了能提高脑外科虚拟手术系统的计算效率,研究了一种基于Splat图元的几何形变算法。通过采用Splat图元代替形状匹配形变算法中的点图元,并通过调节算法中的参数从而动态控制采样密度,自动调节Splat图元半径的大小,实现用最少的Splat图元无缝覆盖物体表面,使用形状匹配算法完成形变计算。此算法具有很好的稳定性和高效性。其次,在脑外科手术中,医生会根据每个器官组织的形变状态,来判断下一步将采用什么操作,因此,仅仅只是考虑系统的运行速度是不够的,软组织形变的准确性和逼真性在脑外科手术中是非常关键。为了提高脑外科虚拟手术中渲染的逼真性并能反映真实软组织的形变效果,充分考虑活体软组织的力学特性,把粘弹性集成到人体软组织基于无网格的物理力学模型中。通过对真实软组织进行生物力学试验,确定软组织物理力学模型参数,从而得到精确的形变计算结果。再次,脑外科手术中,医生需要及时的看到软组织的准确的变化状态,否则可能发生误操作。为了在计算实时性的前提下提高渲染的逼真性,建立了基于物理和几何混合方法的软组织形变模型,在未发生形变区域,选用稀疏的点计算形变,而在发生形变的区域采用一种高分辨的计算形变方法,并采用一种新的基于八叉树层次包围球的数据结构来管理数据进一步提高了计算效率。然后,脑外科手术中会用抽吸器进行抽吸脑瘤的动作。为了仿真出因为抽吸而产生的软组织撕裂现象,采用了无网格物理模型对软组织建模,进行形变和撕裂计算;为了使断裂面更加逼真,通过高度场技术对软组织断裂面进行渲染,并对其进行噪声干扰。为了保证系统交互的实时性,采用一种新的基于层次包围球八叉树策略对模型数据进行快速更新。最后,脑外科手术中由于交互发生后对会产生多种新的物体的面,这样在虚拟手术仿真中就增加了碰撞检测的难度。为了使算法能在保证精度的同时满足实时性要求,提出一种新的碰撞检测算法。该算法将层次包围盒树与随机碰撞检测算法相结合,通过层次包围盒进行粗略检测以排除明显不相交空间,再基于随机碰撞检测算法思想把碰撞检测问题转换为物体模型点与点之间距离的非线性规划问题,同时采用自适应柯西变异粒子群优化算法进行寻优。在群体迭代更新时,既保留部分粒子的经验值又对其他粒子进行变异,避免了粒子陷入局部最优并进一步加速了碰撞检测的速度。与传统算法相比,该算法执行速度快、寻优效率高、能够满足脑外科虚拟环境应用的实时性和准确性要求。(本文来源于《南昌大学》期刊2016-11-28）
叶堃煜[3]（2016）在《虚拟手术中基于填充球的软组织形变模型的研究与实现》一文中研究指出近年来,虚拟现实技术逐渐进入了大众的视野,由于其具备真实性、沉浸性、交互性、自主性等优点,虚拟现实技术被广泛应用于娱乐、医疗、教育、军事、航空等领域。虚拟手术是虚拟现实技术在现代医学领域下的一个重要应用,它具有节约培训医生成本、提高手术成功率、可为医疗设备开发提供开发环境等优点,因此,针对虚拟手术系统各项技术的研究,是目前十分火热的一个领域。由于手术器械与人体组织触碰频繁的原因,在虚拟手术系统中,软组织形变技术占据着极其重要的地位。分析了自由曲面形变模型、Chain-Mail模型、弹簧质点模型、有限元模型、质量张量模型的优缺点后,本文研究并实现了一种改进的弹簧质点模型,即填充球模型。首先,在建模前需先获取建模数据。使用四面体网格剖分算法将物体面模型离散成四面体网格,对网格数据进行处理后可获得物体的体数据,即为建模所需数据。建立的填充球模型中,填充球是具有质量、转动惯量等物理属性的质点,填充球之间使用具备抗拉、抗弯和抗扭材料特性的弹簧连接。此外,本文引入了碰撞模型、行为模型和可视模型的概念,并介绍了一种为碰撞模型和行为模型间建立映射的方法,以及实现了基于包围球的碰撞检测算法。然后,分析模型的形变过程。根据弹簧的抗拉、抗弯和抗扭的材料属性,分析了其在伸缩、弯曲和扭转这叁种情况下的力学方程,即求解了弹簧的应力情况。求解得到了弹簧施加给填充球的力和力矩后,继续分析填充球受到的外力,如交互力、重力,在这些力和力矩的作用下,分析并求解了填充球的运动方程组。此外,介绍了根据映射关系求解顶点新的位置的方法。最后,本文介绍了系统的框架以及设备模块和渲染模块,并详细展示了形变效果、系统计算效率等实验结果。根据实验结果可以证明得到,基于填充球的软组织形变模型,可以满足虚拟手术中对于实时性的要求,且具有通用性强、形变效果较为逼真的优点。(本文来源于《南昌大学》期刊2016-06-04）
王晓冬,毛伟[4]（2016）在《软组织物理形变模型与肝脏的生物力学模型》一文中研究指出随着虚拟手术系统的广泛应用,为了建立精确可靠的软组织物理形变模型,本文对肝脏生物力学模型进行了研究。首先,在软件中,利用叁维重建了人体肝脏CT图像,并通过阈值化操作提取出了肝脏的叁维模型。其次,在虚拟肝脏仿真系统中,采用无网格的物理形变算法对叁维模型进行了形变模拟,并且为了获取肝脏的材料参数及应力应变曲线,通过了对真实的猪肝进行单轴压缩试验;最后,优化计算了实验结果,选取了合适的材料参数,进行仿真计算,并进行了比较,正式了无网格形变模型的正确性和有效性。(本文来源于《科技展望》期刊2016年10期）
王振宽[5]（2015）在《基于非线性生物力学模型和无网格Galerkin法的软组织形变仿真》一文中研究指出虚拟手术是专门用于模拟手术过程中可能发生的各种现象的虚拟现实应用系统,其与各种外部交互设备相结合可为医生提供逼真的手术场景,从而实现降低手术培训成本、提高手术治疗效果、减小病人痛苦和降低手术风险的目的。目前大部分的虚拟手术仿真系统中,针对软组织的建模和形变计算都是采用基于网格的方法,但是基于网格的方法在发生大变形或切割等操作时受网格畸变或网格重构的影响,求解精度和稳定性会急剧下降,严重影响仿真结果。本文针对目前软组织形变仿真的不足,深入研究黏弹性力学的基本理论,构建了基于无网格法的软组织形变模型,实现软组织模型的形变仿真。为解决基于网格的方法精度低和稳定性差的问题,本文采用无网格法计算软组织的形变过程,利用无网格法求解精度高、稳定性强及处理大变形问题的优势,提高了大变形下软组织形变仿真精度和稳定性。在软组织形变建模方面,本文结合软组织的生物力学特性和黏弹性力学理论,首先研究了经典的线弹性模型,并由线弹性模型得到一般结构线性黏弹性模型,通过在一般结构线性黏弹性模型中加入非线性调整函数,建立了非线性黏弹性软组织生物力学模型,然后将该模型与无网格法结合起来构建了无网格非线性黏弹性软组织形变模型,并推导出基于无网格法的软组织形变总体系统控制方程,软组织形变过程中的黏弹性由该模型中应力应变率随时间的变化控制,而软组织形变的非线性则由该模型中的非线性调整函数控制,通过系统方程计算出软组织形变过程中的力学特性并仿真模拟出软组织的形变过程。为验证本文提出的模型的有效性,本文首先采用二维悬臂梁模型对无网格法的有效性进行验证,并以肝脏模型为对象进行实验仿真,对实验结果的对比分析表明本文的无网格非线性黏弹性模型可以真实的表现软组织的形变过程及形变过程中表现的力学特性,而且采用无网格法对软组织形变过程进行计算,不仅保证了软组织形变过程的仿真精度和稳定性,还避免了基于网格的方法在形变过程中易出现的网格畸变、重构等问题。(本文来源于《华北水利水电大学》期刊2015-04-20）
储丽丽[6]（2014）在《基于有限元分析和质点弹簧模型的软组织形变仿真研究》一文中研究指出虚拟医学手术仿真是一项结合了材料力学、医学、计算机视觉、计算机图形学等多领域知识的技术。其目的是构建虚拟人体组织模型，通过人机交互技术和计算机视觉技术准确模拟手术过程中手术器械与组织器官交互作用。虚拟组织或器官模型是虚拟手术仿真的主要研究对象，其建模的准确性直接影响虚拟手术仿真系统的整体性能。因此建立精确软组织模型已成为虚拟手术仿真技术中的核心内容之一。本文对组织建模方法进行了深入研究。在软组织建模方法的选择上，比较两种常用的软组织物理建模方法：有限元模型和质点弹簧模型。把Kelvin质点弹簧模型与类似的杆单元模型进行力学分析，建立质点弹簧模型的静态弹簧参数与软组织材料参数及单元几何参数间的函数关系，为弹簧弹性系数的设定提供一定的理论依据。在软组织参数的动态设定上，对软组织材料的应力与应变关系进行分析。由于应力-应变曲线呈阶段性变化，对曲线进行分段分析，获得质点弹簧模型中弹簧参数的动态变化规律，即小形变时，应力与应变呈线性关系，当形变量增大到一定值时，应力-应变曲线将呈指数变化。在软组织正交各向异性特性分析上，对猪肾脏组织进行轴向和径向压缩实验，根据实验采集到的载荷-位移数据，获得肾脏组织轴向及径向的应力-应变曲线，验证了其分段变化特征。通过线性拟合和指数拟合，获得肾脏组织轴向及径向应力-应变曲线的参数。根据质点弹簧模型参数与软组织材料参数的关系，建立了弹簧力与弹簧方向的函数关系，即弹簧力和弹簧偏离软组织轴向角度的关系。最后，在医学仿真平台SOFA上完成了皮肤模型的拉扯仿真实验和肾脏模型的按压仿真实验，实验结果证明，该方法具有更高的建模精确性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2014-07-01）
李艳东,朱玲,叶秀芬,孙明[7]（2013）在《基于局部动态模型的软组织形变建模与仿真》一文中研究指出选择人体软组织模型作为研究对象,针对医学触诊训练的特点,提出了可变区域的局部质点-弹簧/阻尼器(ALMSDM)模型。该模型具有位置可变及区域可扩展的动态特性,改善了以往文献中局部建模方法静态限定的局限,解决了全局"面模型"形变恢复能力差及数据量大的问题。结合ALMSDM的特点,提出了顶点法向量局部更新与预计算策略,从而极大地提高了系统的实时性。从形变恢复能力、反馈力及实时性3方面对不同模型下的系统性能进行了评价,结果显示所提算法能够保证虚拟软组织形变仿真的精确性与实时性,具有可行性与通用性。(本文来源于《计算机科学》期刊2013年10期）
刘秀玲,陈栋,董亚龙,董斌,王洪瑞[8]（2013）在《软组织形变模型的自适应网格细分算法》一文中研究指出软组织形变效果的真实性和实时性是评价虚拟手术训练系统优劣的2个重要因素.软组织的叁角网格模型作为形变算法的基础,直接影响着形变的整体效果.为提高软组织形变仿真的真实性和实时性,提出了软组织叁角网格自适应细分算法,可以针对模型指定区域进行细分处理,避免了为提高形变真实性而无选择性地加密所有叁角网模型的弊端,大大减少形变计算的数据量,进而提高形变仿真的速度.同时为达到更好的形变效果,对模型表面进行平滑处理,消除"棱角"现象.仿真实验表明,本文的算法不仅大大提高了软组织形变仿真的速度,而且对形变效果也有很好的提升.(本文来源于《河北大学学报(自然科学版)》期刊2013年03期）
徐少平,刘小平,李春泉,罗洁,江顺亮[9]（2012）在《基于状态空间预计算的软组织实时形变模型》一文中研究指出为提高混合软组织实时形变模型(HSTDM)的计算效率,提出一种基于状态空间预计算的混合软组织实时形变模型。利用HSTDM模型,通过离线预计算方式得到离散形变状态空间的精确数据,在实时交互时采用光滑粒子流插值函数计算力反馈和形变节点的偏移值。仿真结果表明,该模型能够描述软组织线性、非线性和各向异性材料特性,并在视觉和触觉上分别达到60 Hz和500 Hz以上的刷新率。(本文来源于《计算机工程》期刊2012年22期）
罗伟,李珊珊,魏晓峰[10]（2012）在《基于虚拟手术技术的软组织实时形变模型的应用研究》一文中研究指出生物软组织是一种具有非线性(nonlinearity)、各向异性(anisotropy)、近似不可压缩性(quasi incompressibility)、黏弹性(viscoelasticity)等特性的弹性体材料,对于人体软组织实时形变行为的建模与仿真是当前虚拟手术仿真系统(virtual surgery simulation)研究中的难点和热点之一。本文就目前虚拟手术系统中描述软组织实时形变模型(deformable models)的研究现状进行了分析与总结,并就今后的研究方向进行了展望。虚拟手术仿真(virtual surgery simulation)是专门用来模拟在手术过程中可能遇到的各种现(本文来源于《第十届全国生物力学学术会议暨第十二届全国生物流变学学术会议论文摘要汇编》期刊2012-10-11）
软组织形变模型论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着计算机技术在近年来的迅猛发展,在20世纪末出现了一项新的信息技术-虚拟现实技术(Virtual Reality,VR),虚拟现实技术被广泛应用到了工业、医学、娱乐和教育等多个领域。虚拟手术系统是虚拟现实技术的重要应用之一,它可以帮助医生制定手术方案、术中导航、还可以用来对实习医生进行培训从而减少手术失败率。目前国内外较成熟的虚拟手术系统仿真了多种多样的手术类型,而脑外科虚拟手术的仿真系统却非常少,由于脑外科手术是一种最复杂,最精细的手术之一,因此对脑外科医生进行术前培训是非常必要的。针对这个需求,本文开发了一套脑外科虚拟手术仿真系统,在这个系统的开发过程中解决的最重要的问题就是如何让使用者对虚拟场景和虚拟病人有逼真的视觉和实时的触觉感知和交互。为实现这个目标,本文对以下几个方面进行了研究。首先,由于脑外科手术中涉及到了丰富的组织器官,对所有的器官进行形变交互仿真会非常消耗系统的运行时间。为了能提高脑外科虚拟手术系统的计算效率,研究了一种基于Splat图元的几何形变算法。通过采用Splat图元代替形状匹配形变算法中的点图元,并通过调节算法中的参数从而动态控制采样密度,自动调节Splat图元半径的大小,实现用最少的Splat图元无缝覆盖物体表面,使用形状匹配算法完成形变计算。此算法具有很好的稳定性和高效性。其次,在脑外科手术中,医生会根据每个器官组织的形变状态,来判断下一步将采用什么操作,因此,仅仅只是考虑系统的运行速度是不够的,软组织形变的准确性和逼真性在脑外科手术中是非常关键。为了提高脑外科虚拟手术中渲染的逼真性并能反映真实软组织的形变效果,充分考虑活体软组织的力学特性,把粘弹性集成到人体软组织基于无网格的物理力学模型中。通过对真实软组织进行生物力学试验,确定软组织物理力学模型参数,从而得到精确的形变计算结果。再次,脑外科手术中,医生需要及时的看到软组织的准确的变化状态,否则可能发生误操作。为了在计算实时性的前提下提高渲染的逼真性,建立了基于物理和几何混合方法的软组织形变模型,在未发生形变区域,选用稀疏的点计算形变,而在发生形变的区域采用一种高分辨的计算形变方法,并采用一种新的基于八叉树层次包围球的数据结构来管理数据进一步提高了计算效率。然后,脑外科手术中会用抽吸器进行抽吸脑瘤的动作。为了仿真出因为抽吸而产生的软组织撕裂现象,采用了无网格物理模型对软组织建模,进行形变和撕裂计算;为了使断裂面更加逼真,通过高度场技术对软组织断裂面进行渲染,并对其进行噪声干扰。为了保证系统交互的实时性,采用一种新的基于层次包围球八叉树策略对模型数据进行快速更新。最后,脑外科手术中由于交互发生后对会产生多种新的物体的面,这样在虚拟手术仿真中就增加了碰撞检测的难度。为了使算法能在保证精度的同时满足实时性要求,提出一种新的碰撞检测算法。该算法将层次包围盒树与随机碰撞检测算法相结合,通过层次包围盒进行粗略检测以排除明显不相交空间,再基于随机碰撞检测算法思想把碰撞检测问题转换为物体模型点与点之间距离的非线性规划问题,同时采用自适应柯西变异粒子群优化算法进行寻优。在群体迭代更新时,既保留部分粒子的经验值又对其他粒子进行变异,避免了粒子陷入局部最优并进一步加速了碰撞检测的速度。与传统算法相比,该算法执行速度快、寻优效率高、能够满足脑外科虚拟环境应用的实时性和准确性要求。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
软组织形变模型论文参考文献
[1].王娜,陈国栋,许少剑.基于网格-无网格模型的软组织形变方法[J].中国科技论文.2019
[2].邹艳妮.脑外科虚拟手术中软组织形变及撕裂模型研究[D].南昌大学.2016
[3].叶堃煜.虚拟手术中基于填充球的软组织形变模型的研究与实现[D].南昌大学.2016
[4].王晓冬,毛伟.软组织物理形变模型与肝脏的生物力学模型[J].科技展望.2016
[5].王振宽.基于非线性生物力学模型和无网格Galerkin法的软组织形变仿真[D].华北水利水电大学.2015
[6].储丽丽.基于有限元分析和质点弹簧模型的软组织形变仿真研究[D].哈尔滨工业大学.2014
[7].李艳东,朱玲,叶秀芬,孙明.基于局部动态模型的软组织形变建模与仿真[J].计算机科学.2013
[8].刘秀玲,陈栋,董亚龙,董斌,王洪瑞.软组织形变模型的自适应网格细分算法[J].河北大学学报(自然科学版).2013
[9].徐少平,刘小平,李春泉,罗洁,江顺亮.基于状态空间预计算的软组织实时形变模型[J].计算机工程.2012
[10].罗伟,李珊珊,魏晓峰.基于虚拟手术技术的软组织实时形变模型的应用研究[C].第十届全国生物力学学术会议暨第十二届全国生物流变学学术会议论文摘要汇编.2012
论文知识图
![四面体去除切割算法[195]](http://image.cnki.net/GetImage.ashx?id=1012518755.nh0081&suffix=.jpg)
