虚拟手术仿真系统中人体软组织建模的研究

)：虚拟手术模拟系统的根本问题是如何让使用者对虚拟手术场景和虚拟病人有逼真的视觉和触觉(力觉)感知和交互。为了实现这一目标，目前还有许多技术难题和挑战。本项目拟将研究其人体软组织建模目前存在的一些关键技术问题。首先，基于现有的软组织模型，将非线性和粘弹性集成到软组织物理模型中，建立比较准确的软组织物理模型；其次，将结构化的物理模型和基于超声波、MRI和CT等图像数据的方法结合起来，研究确定人体软组织的相关物理力学参数的方法，并融合软组织生理特征；然后，结合无网格弹簧质点模型和有网格非线性有限元模型，建立混合、多率的非线性软组织形变模型，并研究相应的并行算法和图形渲染技术，提高视觉反馈的实时性和逼真度；最后,将拟取得的研究结果应用于开发一个乳房肿瘤切除手术模拟系统，以验证所得到结果的正确性和有效性。

视觉的逼真性与计算的实时性一直是虚拟手术仿真系统追求的目标。为实现这个目标，本项目对以下几个方面进行了研究。首先，为了反映真实软组织的形变效果，充分考虑活体软组织的力学特性，把非线性和粘弹性集成到人体软组织物理力学模型中。通过对真实软组织进行生物力学试验，确定软组织物理力学模型参数，从而得到精确的形变计算结果；其次，建立了满足计算实时性和稳定性的软组织切割模型。针对切割操作发生后，软组织拓扑结构会发生改变的情况提出一种新的碰撞检测算法，该算法能在保证检测精度的同时满足实时性要求。最后，将理论结果应用到乳房肿瘤切除手术模拟系统的开发中。 . 研究成果得到了国际和国内学者的评价和关注。共完成了论文47篇，其中SCI收录论文10篇，EI收录论文17篇。获取2项专利授权。