【技术实现步骤摘要】
一种考虑空间大变形的介入手术导丝建模方法及其应用
本专利技术属于导丝建模
，涉及一种考虑空间大变形的介入手术导丝建模方法及其应用。
技术介绍
微创心血管介入手术，以其减少术后疼痛、缩短恢复时间、创伤小等优点广泛使用，其中导丝作为关键介入器械要深入到心脏冠状动脉腔壁变狭窄或阻塞处。虚拟现实技术作为提升临场感的关键技术被应用到介入手术中，通过虚拟现实技术，重构一个与现实手术系统环境完全一致的虚拟现实环境，操作者直接通过人机交互设备与虚拟现实环境交互，即时产生视觉、听觉、触觉、力觉等感官感受。柔性线缆模型表达是进行虚拟环境下介入手术仿真的基础，该模型不仅要支撑导丝的几何特性，还要支持物理特性表达，并满足虚拟现实系统特有的实时性要求。导丝的特点是长度远大于其直径。由于导丝的形状不像刚体那样固定不变，而是随着外界条件的不同发生改变，因此建模难度很大。介入手术操作过程中，导丝和血管壁移动接触存在大范围的摩擦受力，主端使用虚拟现实技术进行其物理形变特征的实时仿真是一个有挑战的工作。而手术器械与血管壁碰撞的检测检测是非...
【技术保护点】
1.一种考虑空间大变形的介入手术导丝建模方法，用于电子设备，其特征在于，步骤如下：/n(1)将导丝离散成有限个梁单元；/n(2)单个梁单元以节点位移矢量与位移场的斜率矢量作为广义坐标，通过节点位移矢量、节点斜率矢量描述导丝变形和导丝截面转动，推导得到单个梁单元的总动能和总势能的表达式；/n(3)利用拉格朗日方程将单个梁单元的总动能和总势能以及弹性力结合起来得到单个梁单元的动力学方程；/n(4)通过组集所有单元的动力学方程即得整根导丝的动力学方程；/n(5)结合以下公式与步骤(4)获得的整根导丝的动力学方程即通过导丝一端的位置信息获取整根导丝所有梁单元的受力及位置信息；/n
【技术特征摘要】
1.一种考虑空间大变形的介入手术导丝建模方法，用于电子设备，其特征在于，步骤如下：
(1)将导丝离散成有限个梁单元；
(2)单个梁单元以节点位移矢量与位移场的斜率矢量作为广义坐标，通过节点位移矢量、节点斜率矢量描述导丝变形和导丝截面转动，推导得到单个梁单元的总动能和总势能的表达式；
(3)利用拉格朗日方程将单个梁单元的总动能和总势能以及弹性力结合起来得到单个梁单元的动力学方程；
(4)通过组集所有单元的动力学方程即得整根导丝的动力学方程；
(5)结合以下公式与步骤(4)获得的整根导丝的动力学方程即通过导丝一端的位置信息获取整根导丝所有梁单元的受力及位置信息；
δ＝‖r-R‖+rb-rt；
其中，fn为导丝一梁单元与管壁之间的法向接触力，其单位为N，δ、k、e和c分别为该梁单元的碰撞侵入深度、相对侵入速度、碰撞刚度系数和碰撞阻尼系数，其单位分别为mm、mm/s、N/m和N/(mm/s)，e为该梁单元的碰撞侵入指数，其为常数，r、R、rt和rb分别为该梁单元对应检测点到原点的距离、检测点对应投影点到原点的距离、管道的半径和该梁单元的半径，其单位分别为mm、mm、mm和mm。
2.根据权利要求1所述的一种考虑空间大变形的介入手术导丝建模方法，其特征在于，所述单个梁单元内任意一点的位置向量r可由梁单元广义坐标e和梁单元形函数N表示；
r(X,t)＝N(X)e(t)；
其中，X是单元点上的物质坐标，其单位为mm，t是时间，其单位为s；
单个梁单元内任意一点的绝对位移u可表示为；
其中梁单元节点位移其单位为mm，e0为梁单元初始构型时的节点广义坐标。
3.根据权利要求2所述的一种考虑空间大变形的介入手术导丝建模方法，其特征在于，所述梁单元广义坐标e为：
e＝[(e1)T(e2)T]T；
其中梁单元节点的广义坐标包含空间绝对位置向量和其物质导数，每个节点包含6个广义坐标；
其中，L是梁单元初始构型时的长度，其单位为mm，x∈(0,L)为梁单元物质坐标，其单位为mm，是无量纲单位。
4.根据权利要求3所述的一种考虑空间大变形的介入手术导丝建模方法，其特征在于，所述梁单元形函数N为：
N＝[N1IN2IN3IN4I]；
其中，N1、N2、N3和N4定义如下：
其中，L是梁单元初始构型时的长度，，其单位为mm，梁单元参数为梁单元物质坐标，其单位为mm。
5.根据权利要求4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡陟，虞磊，戴贤萍，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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