基于受力分析和形变的计算机切割与缝合模拟方法

摘要

一种图像处理技术领域的基于受力分析和形变的计算机切割与缝合模拟方法，本发明首先通过基于质点弹簧与中心线描绘法方法对软组织进行建模，重建对象的表面，并在对象中心抽象出一条中心线。中心线向表面射出幅轴并与表面连接，通过中心线带动表面产生整体形变。在此基础上建立一个合理快速的碰撞检测技术，并进行切割与缝合的模拟。本发明汲取现有方法的优点，并加以优化整合，实现准确，实时的计算机模拟外科手术训练中的切割缝合操作的功能。

主权项

1、一种基于受力分析和形变的计算机切割模拟的方法，其特征在于，具体步骤如下：①用计算机对切割工具进行刚体建模，切割工具通过用户操作定位切割工具模型，并且循环地进行碰撞检测；②检测碰撞及模拟表面张力，当质点受力大于可承受的最大表面张力，就进入第③步；③模拟表面张力释放过程及摩擦力，比较表面张力大小及表面断裂临界值，与刀片模型接触的质点所受外力一旦大于其所能承受的最大张力，弹簧断裂，这时候质点之间的弹簧的内力都变成了回复力，然后，质点便可自恢复到平衡位置；同时，当刀片模型继续往下运动时，将对周围组织的弹簧质点施以一个向下的摩擦力f；④模拟在切割过程中产生的整体形变，通过模型的中心线，将局部形变传导到整体；所述的步骤②检测碰撞及模拟表面张力，是指：当检测到切割工具模型与软组织模型发生碰撞时，与刀片模型接触的软组织模型的表面质点将跟着刀片模型一块移动，同时计算弹簧产生的内力的大小，并且比较发生弹簧断裂的临界值与刀片模型直接接触的质点受力的大小；所述的步骤④，其方法如下：从刀片接触到软组织表面到刀片继续往下运动的过程中，刀片所碰到的弹簧跟着刀片一起运动，同时检测软组织表面产生的应力当$\underset{i}{\Sigma }{F}_i<K$时，则将f(∑F_i)加到中心线上，由中心线带动表面质点产生整体形变，这里i表示的是与刀片有接触的表面质点，F_i是i点所受外力的大小，K是最大表面张力，f是一个线性变换f(x)＝kx，根据不同的操作，可人为设定k值。