[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

说明书

本发明涉及非接触医疗技术领域，具体是基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，包括：根据CT图生成粗糙的四面体网格；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；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；构建非均匀的软组织复合网格模型；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，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；本发明结合SMS和FEM算法进一步提高模型表面的精细度，并提供对FEM算法的改进在确保变形的精确度的情况下提升了实时性，使得实时性和精确性达到了一个新的平衡。

技术领域

本发明涉及非接触医疗技术领域，具体是基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型。

背景技术

为了最大限度避免医患之间的交叉感染大多医院陆续暂停或变更部分科室的门诊服务，这进一步加剧了人们的医疗困难，由此加强对医护人员的防护成为传染病防治中的当务之急，非接触式医疗凭借着其独特的优势脱颖而出，为医生和患者提供了保障。

目前在非接触式医疗技术领域中实现人机交互是一直以来研究的重难点，尤其在对人体软组织形变的仿真方面，为医护人员模拟出具有高实时性以及极具逼真的软组织形变效果至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：基于有限元法改进的非均匀软组织复合网格模型，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。

优选的，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。

优选的，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；

优选的，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。

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：