[發明專利]一種非線性的質點彈簧軟組織形變仿真方法

有效

• 申請號: 202010148426.7
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111488670B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 段玉萍;閆夢圓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

1.一種非線性的質點彈簧軟組織形變仿真方法，其特征在于，包括步驟：

采集軟組織的醫學影像數據，對器官圖像分割，利用Delaunay三角面片網格剖分得到三維面網格數據；

在三維網格剖分的基礎上，以網格節點為質點，節點之間連接的邊為由結構彈簧和阻尼彈簧并聯組成的彈簧組件，形成質點彈簧軟組織模型；

檢測手術器械和質點彈簧軟組織模型之間是否發生碰撞，若發生碰撞則計算各質點受力，更新質點位置與質點速度，計算質點彈簧軟組織模型表面質點的形變值，直至手術器械和質點彈簧軟組織模型之間不發生碰撞為止；

輸出仿真結果并進行視覺渲染后結束整個流程；

根據如下顯式框架Verlet積分更新質點位置和質點速度，得到質點彈簧軟組織模型表面質點x_i的形變值；

f_i＝f_i^ext-f_i^s-f_i^d，

f_i^ext＝m_ig+f^u，

式中，m_i為質點x_i的質量，f_i為質點x_i所受合力；f_i^ext為質點x_i所受外力包括質點重力m_ig和人為施加的外力f^u；f_i^d為質點x_i所受阻尼合力，f_i^s為質點x_i所受彈簧合力；為質點x_i和x_j之間的阻尼力，彈簧的阻尼系數，v_i表示質點x_i的速度；為質點x_i和x_j之間的彈簧力，彈簧的彈簧系數，l⁰和l′分別代表彈簧的原始長度和形變后的彈簧長度；

兩個質點x_i,x_j之間的彈簧長度l_(i,j)的公式如下：

其中，a,b是兩個正參數，曲率κ_(i,j)用質點x_i,x_j的平均曲率的平均值來估計；

使用Matllieu-Desbrun提出的基于平均曲率流形的離散化方法來估計質點x_i的平均曲率

其中，為任意質點x_i關于其坐標(x,y,z)的梯度算子，A為質點x_i一鄰域內所有三角面片的總面積，α_j,β_j分別為兩個夾角，為質點x_i一鄰域內兩個相鄰三角面片的對角；

其中，是x_i到x_j的邊矢量，為叉積，N_i是估計的質點x_i的法向量，為質點x_i周圍的三角面片法向量，|x_i|是x_i周圍相鄰質點的總數。