[發(fā)明專利]微創(chuàng)血管介入手術中導絲的實時運動仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210413201.5
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102968811A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 顧力栩;羅買生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T13/20
• 分類號: G06T13/20;G09B19/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

1.一種微創(chuàng)血管介入手術中導絲的實時運動仿真方法，其特征在于，該方法包括以下步驟；

1)由于血管在仿真的過程中不產生形變，采用三角形表面網(wǎng)格對血管進行建模；

2)采用基爾霍夫彈性桿模型，對導絲進行建模，并利用拉格朗日方程計算導絲在仿真過程產生的形變力；

3)進行導絲的渲染，相鄰的兩導絲質點之間繪制一個圓柱體，同時在相鄰的兩圓柱體之間繪制一個圓球進行連接；

4)采用K-DOPS樹進行導絲與血管之間碰撞檢測；

5)采用非迭代的約束方法計算導絲與血管之間的接觸力并進行碰撞響應；

6)使用Verlet積分公式來迭代更新導絲的位置與速度；

7)利用拉格朗日乘數(shù)和快速投影方法來實現(xiàn)導絲的不可伸縮特性；

8)使用力反饋設備Phantom?Omni來渲染導絲給用戶的作用力。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種微創(chuàng)血管介入手術中導絲的實時運動仿真方法，其特征在于，所述的采用基爾霍夫彈性桿模型，對導絲進行建模，并利用拉格朗日方程計算導絲在仿真過程產生的形變力的具體實現(xiàn)過程為：

21)將導絲描述成一條被坐標化的曲線Г＝{t，m₁，m₂}，其中t表示沿著曲線的單位切線，m₁，m₂表示曲線的兩條單位法向量，該三個正交向量構成一個局部移動坐標系{t(s)，m₁(s)，m₂(s)}，其中s表示曲線的弧長；

22)利用連續(xù)的基爾霍夫彈性桿模型計算被坐標化的導絲的連續(xù)彈性能量E(Г)，其中E(Г)＝E_彎曲(Г)+E_扭曲(Г)；

23)利用離散的基爾霍夫彈性桿模型對連續(xù)的彈性能量進行離散化處理，推導出導絲的離散彈性能量的公式；

24)利用拉格朗日方程對導絲的離散彈性能量進行導絲位置的求導，計算出導絲的形變力。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種微創(chuàng)血管介入手術中導絲的實時運動仿真方法，其特征在于，所述的連續(xù)彈性能量E(Г)＝E_彎曲(Г)+E_扭曲(Г)的具體公式為：

其中二維向量ω＝(ω₁，ω₂)^T表示導絲在局部移動坐標系中的曲率向量，m＝m′₁m₂表示導絲在局部移動坐標系中的扭曲率；其中α表示導絲的彎曲模數(shù)，β表示導絲的扭曲系數(shù)。ω₁，ω₂分別表示導絲在局部移動坐標系m₁，m₂上的曲率，ds表示對導絲的弧長進行積分。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種微創(chuàng)血管介入手術中導絲的實時運動仿真方法，其特征在于，所述的離散彈性能量E(Г)＝E_彎曲(Г)+E_扭曲(Г)的具體公式為：

其中i＝1，2，3，…n表示將導絲進行離散分段后的段號，表示第i段導絲的長度，θ_i表示導絲的第i個頂點的旋轉角度，ω_i表示第i段導絲在局部移動坐標系中的曲率向量，m_i表示第i段導絲在局部移動坐標系中的扭曲率。

5.根據(jù)權利要求3所述的一種微創(chuàng)血管介入手術中導絲的實時運動仿真方法，其特征在于，所述的采用非迭代的約束方法的具體實現(xiàn)過程為：

首先計算導絲在血管中的穿刺向量d；

然后根據(jù)穿刺向量計算接觸力