【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的不斷發(fā)展,人們的生活方式發(fā)生了巨大變化,心腦血管疾病的發(fā)病率和死亡率逐年增高,已經(jīng)成為危害人類健康的頭號(hào)殺手,針對(duì)心腦血管疾病的治療方法很多,血管介入手術(shù)則為最有效的方法,因此對(duì)血管介入手術(shù)的研究也就成為了重要的研究課題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,虛擬仿真技術(shù)的革新,虛擬血管介入手術(shù)訓(xùn)練已經(jīng)成為培訓(xùn)醫(yī)師的一種有效方法,有著低成本、無損傷性、可重復(fù)性和可指定性的巨大優(yōu)勢(shì)。虛擬血管介入手術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵在于虛擬介入手術(shù)導(dǎo)絲的建模以及導(dǎo)絲與血管之間的碰撞檢測(cè),目前的導(dǎo)絲建模方法均為離散,也沒有提出針對(duì)導(dǎo)絲這種細(xì)而長(zhǎng)的柔性體的建模方法,所以針對(duì)導(dǎo)絲的建模以及碰撞檢測(cè)方法就有著重要的研究意義與實(shí)際價(jià)值。針對(duì)現(xiàn)有問題,本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下三點(diǎn):第一,提出基于力矩關(guān)系的連續(xù)導(dǎo)絲模型,提高了導(dǎo)絲的物理建模精度。傳統(tǒng)的虛擬手術(shù)介入導(dǎo)絲模型均為離散的模型,導(dǎo)絲彎曲的物理性質(zhì)并不能完全體現(xiàn)。本文提出了基于力矩關(guān)系的連續(xù)絲模型,該模型可以準(zhǔn)確的仿真真實(shí)導(dǎo)絲的走勢(shì)和形態(tài),并且通過與真實(shí)導(dǎo)絲對(duì)比,單位長(zhǎng)度誤差6.21微米,并且滿足精度與實(shí)時(shí)性要求。第二,提出基于距離檢測(cè)的條形碰撞檢測(cè)方法,保證了導(dǎo)絲碰撞檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。對(duì)于虛擬血管介入手術(shù)系統(tǒng)中導(dǎo)絲的碰撞檢測(cè),提出了適合細(xì)而長(zhǎng)的柔性物體碰撞檢測(cè)的方法,并且為導(dǎo)絲添加了條形碰撞檢測(cè)方法,較好的檢測(cè)了虛擬導(dǎo)絲與血管曲面的碰撞檢測(cè)。第三,實(shí)現(xiàn)虛擬介入手術(shù)系統(tǒng)的仿真。利用OSG平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)介入手術(shù)過程的仿真,并且完成對(duì)導(dǎo)絲的推送,拉回等操作。應(yīng)用3D打印技術(shù),打印出真實(shí)病例的血管模型,利用真實(shí)的導(dǎo)絲和血管模型與仿真系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比,并且進(jìn)行了相似度分析,進(jìn)而驗(yàn)證了虛擬介入手術(shù)系統(tǒng)的相似度。
【圖文】：

對(duì)其堵塞位置實(shí)施擴(kuò)張或疏通的一種診治方法，介入手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)如圖1-1 所示。圖 1-1 介入手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀1.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀虛擬血管穿刺介入治療仿真與培訓(xùn)系統(tǒng)的目的是提供給受訓(xùn)者逼真的手術(shù)仿真環(huán)境、實(shí)時(shí)有效的視覺反饋和準(zhǔn)確的觸力反饋，克服傳統(tǒng)培訓(xùn)中的培訓(xùn)方式不足，提高介入醫(yī)生的學(xué)習(xí)效率[14-15]。歐美等國，在當(dāng)代醫(yī)學(xué)層面，因?yàn)橹饾u增多的企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)為 VR 技術(shù)的使用提供了大量資金，同時(shí)也實(shí)施了大量的探究與摸索，致使歐美等國的虛擬手術(shù)程序水準(zhǔn)遠(yuǎn)超出我國。法國 INRIA 研究機(jī)構(gòu)[16]設(shè)計(jì)出用來仿真肝臟切除術(shù)的培訓(xùn)程序，此程序利用各種技術(shù)，非常真實(shí)的把人類身體的軟組織體現(xiàn)于 VR 場(chǎng)景里，，同時(shí)經(jīng)由一些反饋力的裝置來模擬切割過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)外科手術(shù)的各類標(biāo)準(zhǔn)。瑞典 Mentice 企業(yè)[17]則于2006-2009 年之時(shí)，設(shè)計(jì)了一系列血管中介入治療模擬程序 Mentice VIST，此程序選擇了和臨床介入治?

2.1.2 有限元模型有限元方法是一種很常見的建模方法，該方法是利用求偏微分方程近似解的一種數(shù)值方法，它通過變分方法，使得誤差函數(shù)達(dá)到最小值并且產(chǎn)生穩(wěn)定解。它的中心思想是將仿真對(duì)象離散，把真實(shí)物體看作有限數(shù)量個(gè)簡(jiǎn)易的離散單元的構(gòu)成體，真實(shí)物體的物理特性利用對(duì)離散單元解析獲得，繼而獲取在精確度要求內(nèi)的近似答案，從而代替對(duì)真實(shí)物體的解析。在導(dǎo)絲建模方面也有有限元的應(yīng)用。根據(jù)導(dǎo)絲實(shí)際物理特性，選用三維梁?jiǎn)卧鳛殡x散單元。由三維梁?jiǎn)卧嘘P(guān)原理，得到的單元?jiǎng)偠染貏t是于部分坐標(biāo)系中得來的，而在獲取整體剛度矩陣時(shí)，一定要把其轉(zhuǎn)變成世界坐標(biāo)系中的剛度矩陣。為獲得導(dǎo)絲整體，應(yīng)當(dāng)把許多梁?jiǎn)卧B通，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，繼而獲取整體平衡函數(shù)關(guān)系。從導(dǎo)絲的角度來講，通常存在一百余個(gè)單元，構(gòu)建的總體剛度矩陣在獲取解時(shí)難度較大，一般都是將關(guān)注點(diǎn)放在于怎樣快速獲得平衡方程的解，如 2-4 所示為在腦血管中的仿真效果。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R54;R743;TP391.9

【參考文獻(xiàn)】

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