[發(fā)明專利]一種基于磁性氧化模型的虛擬切割方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201810853504.6 | 申請(qǐng)日： | 2018-07-29 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN108920875B | 公開（公告）日： | 2023-01-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 張小瑞;徐千雄;孫偉;宋愛國 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 南京信息工程大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G06F30/20 | 分類號(hào)： | G06F30/20;G16H50/00;G06F119/14 |
| 代理公司： | 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238 | 代理人： | 張立榮;吳揚(yáng)帆 |
| 地址： | 210019 江蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 磁性 氧化 模型 虛擬 切割 方法 | ||
1.一種基于磁性氧化模型的虛擬切割方法，其特征在于具體包括如下步驟：
步驟1)建立基于無網(wǎng)格的彈性軟組織控制方程；
步驟2)通過準(zhǔn)線性黏彈性模型并入非線性粘彈性，得到如式(1)的應(yīng)力應(yīng)變行為的非線性描述；
其中，σ為應(yīng)力，ε是應(yīng)變張量，t表示某一時(shí)刻，是考慮與應(yīng)變相關(guān)的彈性非線性的函數(shù)，E(t-τ)為松弛函數(shù)；
步驟3)加入磁性氧化模型的網(wǎng)格模型：在網(wǎng)格與手術(shù)刀接觸面的背側(cè)納入鐵單質(zhì)；在與手術(shù)刀接觸面實(shí)時(shí)產(chǎn)生網(wǎng)格模型，并在網(wǎng)格模型下檢測(cè)切割條件產(chǎn)生切口；
步驟4)通過對(duì)刀的排斥力模擬生物軟組織對(duì)手術(shù)刀的擠壓力，通過鐵生銹模擬生物組織受外界因素影響而引發(fā)的感染腐爛對(duì)所述網(wǎng)格模型進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)，得到接觸面上點(diǎn)的位移與實(shí)時(shí)點(diǎn)的位置圖；
步驟5)實(shí)時(shí)對(duì)組織衰敗部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)匿秩尽?/p>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁性氧化模型的虛擬切割方法，其特征在于所述步驟1)中當(dāng)施加力時(shí)，用X＝(x,y,z)T表示點(diǎn)的原始材料坐標(biāo)，設(shè)定將所述點(diǎn)移動(dòng)到新的位置X'＝(x',y',z')T，導(dǎo)致軟組織變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁性氧化模型的虛擬切割方法，其特征在于所述軟組織變形的方式替換為通過位移場(chǎng)U＝(u(x,y,z),v(x,y,z),w(x,y,z))實(shí)現(xiàn)軟組織的變形，原始位置與變形得到的新位置之間的關(guān)系、相互間作用力的表示分別如式(2)、式(3)：
U＝X'-X (2)
其中，U為位移場(chǎng)，X'表示軟組織變形得到的新位置，X表示軟組織變形的原始位置，f為相互間的作用力，E為彈性系數(shù)，是位移場(chǎng)的梯度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁性氧化模型的虛擬切割方法，其特征在于所述步驟2)中設(shè)定在t＝t0的時(shí)刻一外力作用于軟組織，引起瞬時(shí)應(yīng)變，該應(yīng)變用階躍函數(shù)表示如式(4)，
ε(t)＝H(t)ε0 (4)
其中，H(t)是單位階躍函數(shù)，ε0表示在t0時(shí)刻的應(yīng)變張量；
階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是脈沖函數(shù)如式(5)：
其中，δ(t)是單位脈沖函數(shù)；
根據(jù)解決奇異函數(shù)的卷積積分的策略，將t＝t0分解為t＝t0-和t＝t0+，且當(dāng)t≠t0時(shí)，脈沖函數(shù)為零，因此從0到t0-的脈沖函數(shù)的卷積積分為零，結(jié)合式(1)得到彈性模量的平衡值與瞬態(tài)模量，如式(6)：
其中，為Prony系列的松弛函數(shù)，pi和τi是可以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲得的兩個(gè)系數(shù)；
設(shè)T的模擬時(shí)間被分成n個(gè)時(shí)間片，即結(jié)合式(1)，得到t+Δt時(shí)刻的等式如式(7)：
根據(jù)式(8)在非線性粘彈性軟組織的任意點(diǎn)i上施加力，
根據(jù)式(9)使用Leap Frog方案計(jì)算位移：
對(duì)材料給予系數(shù)后，得到非線性粘彈性軟組織的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，并使用時(shí)間增量算法計(jì)算基于前一次已知解的應(yīng)力，作用在任意點(diǎn)上的力將從應(yīng)力中獲得；
最后，遵循牛頓的運(yùn)動(dòng)定律，建立軟組織的運(yùn)動(dòng)控制方程。
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