基于點(diǎn)模型的軟組織切割仿真研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、虛擬手術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要應(yīng)用，在推動(dòng)醫(yī)學(xué)可視化和醫(yī)學(xué)手術(shù)培訓(xùn)方面，具有重大意義和廣闊前景。軟組織切割仿真是虛擬手術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，如何實(shí)現(xiàn)快速的模型切割和逼真的繪制效果，是當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性的課題之一。
　　點(diǎn)繪制是對(duì)三維掃描技術(shù)獲得的模型表面采樣點(diǎn)，進(jìn)行直接繪制的技術(shù)。他拋棄了傳統(tǒng)三維模型渲染管線中對(duì)三角網(wǎng)格模型的依賴。本文基于近些年快速發(fā)展的點(diǎn)繪制技術(shù)，利用點(diǎn)繪制方法在模型細(xì)節(jié)真實(shí)感繪制的優(yōu)勢，在保證仿真效

2、率的同時(shí)，提高模型繪制質(zhì)量。圍繞該思想，本文主要開展了以下工作：
　　1、針對(duì)切面采樣點(diǎn)增長導(dǎo)致性能惡化的問題，提出一種自平衡多路 Kd樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——BMKT，通過將表面采樣點(diǎn)進(jìn)行空間劃分，將模型組織成平衡的空間層次結(jié)構(gòu)。當(dāng)有新的采樣點(diǎn)加入到模型中時(shí)，基于節(jié)點(diǎn)的分裂和合并操作，保證節(jié)點(diǎn)的孩子數(shù)量在分支因子區(qū)間的可控范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡的節(jié)點(diǎn)插入。
　　2、提出一套基于點(diǎn)模型的碰撞檢測、切面繪制和拓?fù)淇刂品椒ā＠肂MKT與

3、手術(shù)刀前端的快速碰撞檢測，跟蹤切割位置，擬合光滑參數(shù)切面，并通過對(duì)參數(shù)曲面重采樣，將覆蓋切面的采樣點(diǎn)插入到 BMKT中，保證了點(diǎn)模型的均勻一致。利用模型內(nèi)部仿真節(jié)點(diǎn)間的鄰域關(guān)系構(gòu)建模型拓?fù)錈o向圖，來判斷模型拓?fù)涫欠窀淖儭Ｌ岢鲆环N基于歐幾里得最優(yōu)距離的啟發(fā)式搜索算法——P*算法，當(dāng)鄰域節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系被切面阻擋時(shí)，可以快速地判定模型拓?fù)湟恢滦缘母淖儭?br>　　在上述算法的基礎(chǔ)上，作者通過開發(fā)原型系統(tǒng)，對(duì)一塊肝臟模型進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果