一种软组织拉伸撕裂模拟系统、方法、设备、存储介质技术方案

本申请公开了一种软组织拉伸撕裂模拟系统、方法、设备、存储介质，涉及软组织建模技术领域，包括：施力设备，用于拉伸撕裂模拟模型中目标软组织的目标质点；撕裂模拟模型，用于判断撕裂模拟模型中的弹簧的弹力是否超过预设断裂阈值；若弹力超过所述预设断裂阈值，则删除弹簧，并生成相应的切割圆面，然后利用切割圆面与所有网格面相交处理生成目标边缘网格，获取施力设备对撕裂模拟模型施力产生的矢量力和撕裂图像；操作设备，用于将矢量力反馈至操作者和将撕裂图像显示于人机交互界面。通过使用撕裂模拟模型分别对目标软组织进行撕裂模拟和模型切割，无需将撕裂模拟模型与虚拟工具进行位置计算，准确获取对目标软组织施加的力和对应的撕裂图像。力和对应的撕裂图像。力和对应的撕裂图像。

【技术实现步骤摘要】
一种软组织拉伸撕裂模拟系统、方法、设备、存储介质


[0001]本专利技术涉及软组织建模
，特别涉及一种软组织拉伸撕裂模拟系统、方法、设备、存储介质。

技术介绍

[0002]虚拟手术是虚拟现实技术在医学领域中最主要的应用之一。主要对术前、术中和术后三个阶段进行模拟。与传统手术培训相比，虚拟手术可以进行重复操作、能对器官设定不同的病变程度、不受时间和空间的约束，极大的降低了手术培训的成本、提升培训效率。软组织撕裂是外科医生常用操作之一。目前，软组织建模主要分为两种方法，使用质点弹簧模型的物理仿真方法能实现较好的仿真结果，展示材料的展示物理特性，但是模型精细度过低，视觉表现效果差；使用网格模型的几何仿真方法能展示更好的撕裂效果，但是不能模拟出材料的内部应力以及材料的物理特性，同时，较高的模型精细度会使触觉渲染频率的降低，导致触觉感受不真实。
[0003]如何在高频触觉反馈的前提下提高视觉模型的精细度是本领域有待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种软组织拉伸撕裂模拟系统、方法、设备、存储介质，能够在高频触觉反馈的前提下提高视觉模型的精细度。其具体方案如下：
[0005]第一方面，本申请公开了一种软组织拉伸撕裂模拟系统，包括：撕裂模拟模型、施力设备、操作设备，其中：
[0006]所述施力设备，用于拉伸所述撕裂模拟模型中目标软组织的目标质点；
[0007]所述撕裂模拟模型，用于判断所述撕裂模拟模型中的弹簧的弹力是否超过预设断裂阈值；若所述弹力超过所述预设断裂阈值，则删除所述弹簧，并生成相应的切割圆面，然后利用所述切割圆面与所有网格面相交处理生成目标边缘网格，并获取所述施力设备对所述撕裂模拟模型施力产生的所有矢量力和撕裂图像；
[0008]所述操作设备，用于将所述矢量力反馈至操作者和将所述撕裂图像显示于人机交互界面。
[0009]可选的，所述撕裂模拟模型包括用于基于质点弹簧模型构建的触觉模型和用于基于三角网格的面模型构建的视觉模型，其中：
[0010]所述触觉模型，用于模拟所述目标软组织的物理特性并生成高频率的触觉；
[0011]所述视觉模型，用于展示撕裂的所述目标软组织图像。
[0012]可选的，所述软组织拉伸撕裂模拟系统，还包括：
[0013]模型初始化模块，用于对所述触觉模型和所述视觉模型进行初始模型关系绑定，初始化所述撕裂模拟模型。
[0014]可选的，所述触觉模型，包括：
[0015]阈值确定单元，用于确定所述触觉模型中任一弹簧断裂时连接的两个质点；对所述两个质点当前各自连接的所有弹簧的断裂阈值进行阈值增加，以获取动态的预设断裂阈值。
[0016]可选的，所述视觉模型，包括：
[0017]交点平移单元，用于判断切割圆面与网格面是否相交，若不相交，则判断所述网格面是否在正负切割圆面之间，若是，则删除原边缘网格；
[0018]若相交，则计算所述切割圆面与所有网格面的交点作为目标边缘网格，基于所述目标边缘网格与网格面中的网格顶点确定拉伸比例；
[0019]基于所述拉伸比例和交点位置的原边缘网格之间的距离向量对目标边缘网格进行平移操作，获取所述目标边缘网格的位置坐标且删除原边缘网格，并基于所述位置坐标更新绑定所述视觉模型和所述触觉模型的模型关系。
[0020]可选的，所述施力设备，包括：
[0021]记录点确定单元，用于按压所述施力设备的设备按钮，记录所述目标质点作为压力记录点。
[0022]可选的，所述撕裂模拟模型，包括：
[0023]弹力判断单元，用于对所述压力记录点所在的触觉模型中的弹簧的弹力与预设断裂阈值的大小进行判断，若所述判断触觉模型的弹簧的弹力小于预设断裂阈值，则跳转执行拉伸所述撕裂模拟模型中目标软组织的目标质点步骤。
[0024]第二方面，本申请公开了一种软组织拉伸撕裂模拟方法，包括：
[0025]拉伸撕裂模拟模型中目标软组织的目标质点；
[0026]判断所述撕裂模拟模型中的弹簧的弹力是否超过预设断裂阈值；若所述弹力超过所述预设断裂阈值，则删除所述弹簧，并生成相应的切割圆面，然后利用所述切割圆面与所有网格面相交处理生成目标边缘网格，以获取所述施力设备对所述撕裂模拟模型施力产生的所有矢量力和撕裂图像；
[0027]将所述矢量力反馈至操作者和将所述撕裂图像显示于人机交互界面。
[0028]第三方面，本申请公开了一种电子设备，包括：
[0029]存储器，用于保存计算机程序；
[0030]处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述公开的软组织拉伸撕裂模拟方法的步骤。
[0031]第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的软组织拉伸撕裂模拟方法的步骤。
[0032]可见，本申请公开了一种软组织拉伸撕裂模拟系统，包括：撕裂模拟模型、施力设备、操作设备，其中：所述施力设备，用于拉伸所述撕裂模拟模型中目标软组织的目标质点；所述撕裂模拟模型，用于判断所述撕裂模拟模型中的弹簧的弹力是否超过预设断裂阈值；若所述弹力超过所述预设断裂阈值，则删除所述弹簧，并生成相应的切割圆面，然后利用所述切割圆面与所有网格面相交处理生成目标边缘网格，并获取所述施力设备对所述撕裂模拟模型施力产生的所有矢量力和撕裂图像；所述操作设备，用于将所述矢量力反馈至操作者和将所述撕裂图像显示于人机交互界面。由此可见，通过使用撕裂模拟模型分别对目标软组织进行撕裂模拟和模型切割，无需将撕裂模拟模型与虚拟工具进行位置计算，并且删
除对超过预设断裂阈值的弹力对应的弹簧，依此生成相应的切割圆面，并通过该切割圆面与其他所有网格面相交处理生成目标边缘网格，并获取通过该目标边缘网格确定出的施力设备所施加的所有矢量力的总和，以此来获取施力设备对目标软组织施加的力，以及基于该施力设备对软组织施加矢量力所对应的撕裂图像。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0034]图1为本申请公开的一种软组织拉伸撕裂模拟系统结构图；
[0035]图2为本申请公开的一种具体的软组织拉伸撕裂模拟系统结构图；
[0036]图3为本申请公开的一种双切割圆面示意图；
[0037]图4为本申请公开的一种视觉网格相交示意图；
[0038]图5为本申请公开的一种虚拟软组织撕裂交互系统示意图；
[0039]图6为本申请公开的一种触觉交互设备Phantom Touch外观图；
[0040]图7为本申请公开的一种软组织撕裂效果图；
[0041]图8为本申请公开的一种软组织拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软组织拉伸撕裂模拟系统，其特征在于，包括：撕裂模拟模型、施力设备、操作设备，其中：所述施力设备，用于拉伸所述撕裂模拟模型中目标软组织的目标质点；所述撕裂模拟模型，用于判断所述撕裂模拟模型中的弹簧的弹力是否超过预设断裂阈值；若所述弹力超过所述预设断裂阈值，则删除所述弹簧，并生成相应的切割圆面，然后利用所述切割圆面与所有网格面相交处理生成目标边缘网格，并获取所述施力设备对所述撕裂模拟模型施力产生的所有矢量力和撕裂图像；所述操作设备，用于将所述矢量力反馈至操作者和将所述撕裂图像显示于人机交互界面。2.根据权利要求1所述的软组织拉伸撕裂模拟系统，其特征在于，所述撕裂模拟模型包括用于基于质点弹簧模型构建的触觉模型和用于基于三角网格的面模型构建的视觉模型，其中：所述触觉模型，用于模拟所述目标软组织的物理特性并生成高频率的触觉；所述视觉模型，用于展示撕裂的所述目标软组织图像。3.根据权利要求2所述的软组织拉伸撕裂模拟系统，其特征在于，还包括：模型初始化模块，用于对所述触觉模型和所述视觉模型进行初始模型关系绑定，初始化所述撕裂模拟模型。4.根据权利要求2所述的软组织拉伸撕裂模拟系统，其特征在于，所述触觉模型，包括：阈值确定单元，用于确定所述触觉模型中任一弹簧断裂时连接的两个质点；对所述两个质点当前各自连接的所有弹簧的断裂阈值进行阈值增加，以获取动态的预设断裂阈值。5.根据权利要求2所述的软组织拉伸撕裂模拟系统，其特征在于，所述视觉模型，包括：交点平移单元，用于判断切割圆面与网格面是否相交，若不相交，则判断所述网格面是否在正负切割圆面之间，若是，则删除原边缘网格；若相交，则计算所述切割圆面与所有网格面的交点作为目...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴伟伟，谷洋，侯明昕，董帆，陈益强，
申请(专利权)人：爱尔眼科医院集团股份有限公司长沙爱尔眼科医院，
类型：发明
国别省市：