[发明专利]基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型

权利要求书

1.基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，其特征在于：包括以下步骤：

S1、据CT图生成粗糙的四面体网格；

S2、通过CT图中软组织CT值计算四面体的柔度从而获取其边长细化阈值；

S3、以四面体边长细化阈值为判断条件利用四面体二分法对其进行细化；

S4、构建非均匀的软组织复合网格模型；

S5、基于有限元法与弹簧质点法对构建的非均匀软组织复合网格模型进行形变计算。

2.根据权利要求1所述的基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，其特征在于：S2中，所述通过CT图中软组织CT值计算四面体的柔度从而获取其边长细化阈值的具体步骤包括：

S21、获取四面体顶点的CT值，由CT值反应测定的人体某一局部组织或器官密度大小，将四面体四个顶点的CT平均值的倒数作为此四面体的柔度，通过如下公式得到：

其中S_n为第n个四面体的柔度，为第n个四面体中第i个顶点的CT值，C_min为CT图像中软组织最小CT值；

S22、根据四面体的柔度计算其边长细化阈值，通过如下公式得到：

其中l_max为第n个四面体的边长细化阈值，L_max为用户设置的软组织模型精度值，k_l为自定义最大细化比，S_n为第n个四面体的柔度，C_max、C_min分别为CT图像中软组织CT值的最大值和最小值。

3.根据权利要求1所述的基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，其特征在于：S3中，所述以四面体边长细化阈值为判断条件利用四面体二分法对其进行细化的具体步骤包括：将四面体的边长细化阈值与四面体中最长的边进行对比，若其最长边要大于其边长细化阈值，则对此四面体使用四面体二分法进行细化。

4.根据权利要求3所述的基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，其特征在于：所述四面体二分法为参考Loop细分法提出的同于四面体细分的方法，通过对四面体中最长边上插入一个顶点，将不处于此边上的另外两个顶点与新增顶点连接，将四面体一分为二。

5.根据权利要求1所述的基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，其特征在于：S4中，所述构建非均匀的软组织复合网格模型包括以下具体步骤：

S41、对粗糙的四面体网格模型中的四面体迭代进行判定细化操作，直到其不再满足细化条件为止；

S42、经过上述过程，将模型中所有四面体完成细化操作后完成对非均匀软组织内部模型的构建，当前所有顶点为控制顶点；

S43、对于模型外部网格基于Loop方法进行进一步细化直到网格中三角形块的最大边长小于k_lL_max为止完成对非均匀的软组织的表面细化，新增顶点为非控制顶点，完成了对非均匀软组织复合网格模型的构建。

6.根据权利要求1所述的基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，其特征在于：S5中，软组织网格模型中控制点形变利用基于改进的有限元法计算，基于控制点形变利用弹簧质点法对非控制点进行形变计算。

7.根据权利要求6所述的基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，其特征在于：所述基于改进的有限元法计算软组织网格模型中控制点形变包括以下步骤：根据圣维南原理，将软组织模型划分为强形变区与微形变区；对于强形变区，使用有限元法进行计算；对于微形变区，通过对物理变量的直接衰减法得到。