人體軟組織模型中參數(shù)的測量及其在虛擬手術中的應用.pdf

1、近年來，虛擬手術是數(shù)字醫(yī)療研究的熱點問題之一，它主要應用于教學、培訓、診斷、術前計劃、康復和手術器械的建模和分析。實現(xiàn)虛擬手術系統(tǒng)的基礎是人體器官的軟組織建模。目前有多種建模方法，其中之一是有限元方法。虛擬手術系統(tǒng)要求虛擬器官形變接近真實器官，而各種器官屬性不同，形變情況也并不相同。在有限元建模過程中，如何使建模形變更接近于真實形變是建模中需要解決的關鍵問題之一。而決定器官形變效果的是器官本身的材料屬性，所以有限元建模時需要充分考慮器官

2、的材料特性。目前生物實驗是獲取建模參數(shù)的有效手段之一，本文著眼于此，通過生物實驗方法測出了有限元建模中的關鍵參數(shù)，并將其應用到虛擬手術系統(tǒng)建模中。 文章首先確定了有限元建模中的關鍵參數(shù)為材料的應力-應變關系矩陣和材料的平均密度；其次介紹了利用生物實驗測量材料參數(shù)的相關理論和研究方法；接下來利用生物實驗測出了肝臟和腎臟有限元建模中的關鍵參數(shù)。實驗表明，利用本文實驗測出的肝臟參數(shù)建立的有限元模型，建模效果比使用經(jīng)驗參數(shù)提高了6.6％

3、，比使用相關文獻中測出的傳統(tǒng)參數(shù)提高了0.3％；而本文測出的以往沒測過的腎臟建模參數(shù)，建模效果比經(jīng)驗參數(shù)提高了9.5％。 本文的主要工作和創(chuàng)新點如下： 1．確定了有限元建模過程中與組織相關的關鍵參數(shù)為材料的應力-應變關系矩陣及材料的平均密度。2．建立了從表述材料屬性的能量方程到建模所需應力-應變關系矩陣的橋梁，并通過詳細的比較分析，在眾多能量方程中選擇出了適合系統(tǒng)建模時使用的能量方程，即指數(shù)和多項式混合的能量方程。