【技术实现步骤摘要】
一种虚拟血管介入手术训练的模拟方法
本专利技术涉及软组织力触觉模拟方法，具体涉及一种虚拟血管介入手术训练的模拟方法。
技术介绍
心脑血管疾病是一种具有较高致残率和死亡率的疾病，主要通过血管介入手术进行诊断和治疗。传统血管介入手术训练是基于真实物体的解剖学，但该训练方法存在着些许不足与问题。随着计算机技术、仿真技术和虚拟现实技术的发展，虚拟血管介入手术训练逐渐成为一种新型的治疗心脑血管疾病的方法，为外科医生提供了良好的血管介入手术训练平台，他们可以根据具体需求进行反复练习，从而提高其手术水平，但搭建虚拟血管介入手术训练系统的一个重要技术难点就是对虚拟血管的高精度模拟。在现有的虚拟软组织模拟方法中，有限元模型将问题求解域划分为若干个互不重叠的单元，通过单元形函数和节点插值函数建立刚度矩阵进而构建描述软组织材料力学特性的近似函数模型，由函数模型获得各单元内节点位移就可用来表现软组织的形变，因此其形变仿真精度最高，但在形变过程中网格拓扑结构会不断重组甚至扭曲，从而导致计算复杂度太高和计算量太大；质点弹簧模型将软组织离散化为一...
【技术保护点】
1.一种虚拟血管介入手术训练的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)使用基于点的方法对血管内部构建形变模型；/n(2)使用基于位置动力学法对血管内部节点施加距离约束、体积守恒约束和弹性势能守恒约束三种约束条件；/n(3)使用无网格移动最小二乘法构建从血管内部到血管表面的映射模型。/n
【技术特征摘要】
1.一种虚拟血管介入手术训练的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用基于点的方法对血管内部构建形变模型；
(2)使用基于位置动力学法对血管内部节点施加距离约束、体积守恒约束和弹性势能守恒约束三种约束条件；
(3)使用无网格移动最小二乘法构建从血管内部到血管表面的映射模型。
2.根据权利要求1所述的虚拟血管介入手术训练的模拟方法，其特征在于：步骤(1)中，所述使用基于点的方法对血管内部构建形变模型，是指根据血管的医学影像数据，使用基于点的方法将血管内部离散化为一系列基于四面体的点云，并将血管的体积均匀分配给节点，通过获得节点的应力和应变来计算节点的形变位移向量。
3.根据权利要求2所述的虚拟血管介入手术训练的模拟方法，其特征在于，所述通过获得节点的应力和应变来计算节点的形变位移向量，包括以下步骤：
(a)使用多项式核函数ωij来衡量中心节点i对其邻节点j的影响能力，具体计算公式为：
式中，h表示节点i的支撑半径，r表示节点i与其邻节点j之间的距离；
(b)计算节点i位移向量ui的空间导数具体计算公式为：
式中，和分别表示节点i的位移场u＝(m,n,p)T中横坐标所对应的值m的空间导数、纵坐标所对应的值n的空间导数以及竖坐标所对应的值p的空间导数；
(c)通过求得的可得到节点i处的应变εi和应力σi，具体计算公式为：
σi＝Cεi
式中，Ji表示节点i的雅可比矩阵，I表示单位矩阵，C表示弹性矩阵，其值取决于弹性材料的杨氏模量和泊松比；
(d)根据连续介质力学理论，估计出节点i周围所存储的应变能Ui具体计算公式为：
式中，Ω表示节点i的支撑域，νi表示节点i的体积；
(e)通过对邻节点位移向量求导计算出每个邻节点的所受力fj，从而得到中心节点i的所受内力fi，其值为所有邻节点所受力fj的负总和，具体计算公式为：
(f)通过对下式进行数值积分计算求解血管内部节点i的形变位移向量：
式中，Mi、ui、vi、ai分别表示节点i的质量、位移、速度和加速度，t表示迭代时间，fext、fi分别表示节点i所受的外力和内力。
4.根据权利要求3所述的虚拟血管介入手术训练的模拟方法，其特征在于，步骤(b)中，所述节点i的位移场u＝(m,n,p)T中横坐标所对应的值m的空间导数的计算公式为：
式中，xij＝xi-xj，表示矩量矩阵Ai的逆，mi,mj分别表示节点i和j的位移场u＝(m,n,p)T横坐标所对应的值，ωij表示节点i和j间的权重，由多项式核函数计算，xij表示节点i的位置xi与节...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小瑞，吴海伦，孙伟，孙星明，宋爱国，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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