The invention relates to a real-time motion simulation method, the effect of blood flow by surgical guide wire a minimally invasive vascular intervention comprises the following steps: first, pre segmentation of the vascular site data, modeling of the vessel using triangular surface mesh; the second step, and the center line of the vessel in accordance with the center line of the grid, the grid model of discrete continuous blood vessels as a combination of small cylindrical vessels, and abstracted as a directed graph; the third step, a fluid model for each segment of small vessels; the fourth step, the abstract to the overall establishment of vascular model fluid calculation matrix, calculation of the blood vessels in the flow and pressure distribution; fifth step. The guide wire modeling, and according to the relative position of guide wire in the blood vessels, blood flow to the guide wire force calculation and simulation model is applied to the guide wire, update guide wire form; the sixth step, Three dimensional rendering of guidewire. Compared with the prior art, the invention has the advantages of stable calculation, good real-time performance, strong sense of reality, flexible application, etc..
【技术实现步骤摘要】
微创血管介入手术中导丝受血流作用的实时运动仿真方法
本专利技术涉及一种虚拟手术的模拟方法,尤其是涉及到一种微创血管介入手术中导丝受血流作用的实时运动仿真方法。
技术介绍
随着科学技术的高速发展,虚拟手术的应用为医疗的现代化提供了越来越多的帮助。虚拟的微创血管手术训练系统可以快速有效地帮助实习医生提高手术技能,让更多的心脑血管疾病患者可以接受微创介入治疗。导丝的实时运动仿真是微创血管介入手术系统最重要的一部分,也是众多学者研究的课题。在导丝实时运动仿真的研究过程中,早期的学者受限于当时硬件的计算水平采用非物理的几何模型,例如B样条曲线,这种非物理模型从几何角度描述导丝形态,虽然计算速度快,但是完全忽略了导丝的物理特性,也无法描述导丝的受力情况,所以真实感比较差;也有其他学者采用基于物理的质点弹簧模型、弹性杆模型等对导丝的运动仿真进行建模,这一类物理模型考虑了导丝的物理特性,且易于对导丝与血管之间的交互进行物理建模,在硬件水平不断发展之后也能达到实时计算的要求,并且相比于非物理模型,在真实感上有比较大的提升,被广泛采用,例如Basdogan等学者在《VirtualEnvironmentsforMedicalTraining:GraphicalandHapticSimulationofLaparoscopicCommonBileDuctExploration》一文中采用的质点弹簧模型、Tang等学者在《Arealisticelasticrodmodelforreal-timesimulationofminimallyinvasivevascularinterve ...
【技术保护点】
一种微创血管介入手术中导丝受血流作用的实时运动仿真方法,包括以下几个步骤:第一步,根据病人的CT扫描图像预先分割出血管部位的数据,采用三角形表面网格对血管进行建模;第二步,求取血管网格的中心线,按照中心线将连续的血管网格模型离散化表示为一组圆柱体状小血管的组合,并抽象为一个有向图;第三步,根据泊松叶法则对每一段小血管建立流体模型,用于描述每一段小血管中流量与两端压力差的关系;第四步,根据小血管之间的位置关系、进出的流量一致和小血管两端的压力差这些条件,对抽象为有向图的血管模型整体建立流体计算矩阵,计算血管中的流量和压力分布;第五步,使用弹性杆模型对导丝建模,并根据导丝在血管中的相对位置,计算血流对导丝的作用力并施加到导丝的仿真模型上,更新导丝的形态;第六步,对导丝进行三维渲染。
【技术特征摘要】
1.一种微创血管介入手术中导丝受血流作用的实时运动仿真方法,包括以下几个步骤:第一步,根据病人的CT扫描图像预先分割出血管部位的数据,采用三角形表面网格对血管进行建模;第二步,求取血管网格的中心线,按照中心线将连续的血管网格模型离散化表示为一组圆柱体状小血管的组合,并抽象为一个有向图;第三步,根据泊松叶法则对每一段小血管建立流体模型,用于描述每一段小血管中流量与两端压力差的关系;第四步,根据小血管之间的位置关系、进出的流量一致和小血管两端的压力差这些条件,对抽象为有向图的血管模型整体建立流体计算矩阵,计算血管中的流量和压力分布;第五步,使用弹性杆模型对导丝建模,并根据导丝在血管中的相对位置,计算血流对导丝的作用力并施加到导丝的仿真模型上,更新导丝的形态;第六步,对导丝进行三维渲染。2.根据权利要求1所述的一种微创血管介入手术中导丝受血流作用的实时运动仿真方法,其特征在于,根据中心线将连续的网格模型离散化表示为一组圆管的集合,并抽象为一个有向图,表示为G(Nn,Ne),其中包含了Nn个节点和Ne条边,节点为离散点,边为圆管。3.根据权利要求1所述的一种微创血管介入手术中导丝受血流作用的实时运动仿真方法,其特征在于,所述第三步中根据泊松叶法则对每一段圆柱体状的小血管中的流体建模如下:其中,Q表示这段血管中的流量,Δp表示血管两端的压力差,L表示该段血管的长度,r表示血管的半径,η表示血液的粘度系数,R表示该段血管的阻力,由L、r、η描述。4.根据权利要求1所述的一种微创血管介入手术中导丝受血流作用的实时运动仿真方法,其特征在于,所述的第四步中血管整体流体计算过程如下:41)使用节点-边矩阵描述抽象为有向图后的血管的拓扑结构:其中,如果第j条边从第i个节点出发,则Ai,j=1,如果第j条边到第i个节点结束,则Ai,j=-1;42)由于每个节点流入流量与流出流量是相等的,因此表示为AQ=0其中Q表示这段血管中的流量,A为描述血管拓扑结构的节点-边矩阵;43)又因为每一段小血管都中的流体都有3种所示的模型,整个血管的整体流体计算表示为:CQ=ΔP其中,C为对角阵Ri表示第i段血管的阻力,其中i=1…n,ΔP是一个列向量,包括了每一条边的压力差;44)使用一个正弦函数表示心脏输出的血压在收缩压和舒张压之间的变化Psource(t)
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