軟組織針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性研究.pdf

1、經(jīng)皮穿刺是微創(chuàng)手術(shù)的一個(gè)分支，在很多治療場(chǎng)合都有應(yīng)用，比如組織活檢、血栓摘除、腫瘤消融等。然而傳統(tǒng)的針穿刺訓(xùn)練方式直接在病人身體上進(jìn)行，有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥，針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)能夠有效的解決上述問(wèn)題。本文主要對(duì)基于軟組織變形的針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了實(shí)時(shí)的基于軟組織變形的針穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)。它由三個(gè)模塊組成，分別是有限元變形計(jì)算模塊、圖像顯示模塊和力反饋模塊，本文關(guān)于實(shí)時(shí)性的研究也主要圍繞這幾個(gè)方面。<

2、br>　　首先，通過(guò)網(wǎng)格尺寸函數(shù)來(lái)控制網(wǎng)格的尺寸大小指導(dǎo)非均勻網(wǎng)格劃分從而減少產(chǎn)生的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)目，實(shí)現(xiàn)有限元分析計(jì)算的加速。在針穿刺場(chǎng)合下，更關(guān)注針軌跡附近的變形，因此要求針軌跡附近的網(wǎng)格單元?jiǎng)澋拿芤恍?，其它的地方網(wǎng)格可以化的稀疏一些。同時(shí)應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)角度很小的網(wǎng)格單元，因此需要對(duì)網(wǎng)格尺寸函數(shù)的梯度進(jìn)行控制。通過(guò)建立基于穿刺軌跡的網(wǎng)格尺寸控制模型，能夠合理的分配節(jié)點(diǎn)在空間的分布，比均勻網(wǎng)格劃分產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)數(shù)少，有限元分析計(jì)算更快。

3、　　其次，利用快速點(diǎn)定位方法替代原來(lái)的點(diǎn)定位，對(duì)超聲圖像生成算法進(jìn)行優(yōu)化，使得生成二維超聲圖像的時(shí)間減少?？焖冱c(diǎn)定位充分地利用了四面體網(wǎng)格單元與超聲掃描平面的相交信息，使用一個(gè)中間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格單元體編號(hào)，使得對(duì)圖像中所有點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)定位的時(shí)間縮短。中間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要依賴Bresenham畫(huà)線算法找到線段上的像素點(diǎn)并對(duì)像素點(diǎn)賦予相應(yīng)的單元體編號(hào)數(shù)值。在獲得中間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，依據(jù)垂直掃描的方法遍歷圖像中的所有像素點(diǎn)，計(jì)算像素點(diǎn)在