[发明专利]基于力异步扩散模型的医学组织动力学仿真方法

摘要

本发明涉及基于力异步扩散模型的三维医学软组织模型变形仿真方法，包括为后续变形过程提供便捷模型的预处理部分，基于模型预处理的两级碰撞检测部分和高效的模型求解部分。为了消除无效连接对变形效果的影响，提出区域扩散算法区分内外体素，去除因剖分获得的物理模型冗余外部体素，并达到了在保证物理模型表面精确性的情况下简化原有计算过程的目的。本发明提出的三维组织变形仿真方法能很好的应用于人体复杂器官组织。

主权项

一种基于力异步扩散模型的医学组织动力学仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，为三维软组织建立几何模型、物理模型和过渡模型，具体建立方式包括建立三维软组织表面的几何模型；通过剖分几何模型建立物理模型，物理模型由体素组成，体素由质点和质点之间的弹簧组成；建立过渡模型将物理模型映射到几何模型；步骤2，由区域扩散算法区分物理模型的内外体素，去除物理模型的外部体素，保留物理模型的边界体素和内部体素；所述区域扩散算法的具体方式为，首先在物理模型中任意取一个内部体素，称为种子体素，定义体素的直接相连区域为该体素的上下左右前后六个方向的区域；对于种子体素，往其直接相连区域延伸，若其直接相连的某一个体素不是边界体素，则一定是内部体素；对于新发现的内部体素，往其直接相连区域延伸，若其直接相连的某一个体素不是边界体素，则一定是内部体素，以此类推，直到延伸至物理模型所有的边界体素；步骤3，采用两级碰撞方式进行碰撞测试，根据手术棒位置确定碰撞检测点位置；所述两级碰撞方式包括先求解发生碰撞的局部区域，再确定碰撞检测点在局部区域的位置；步骤 4，求解几何模型上每一点的高斯曲率；步骤5，根据步骤4所得高斯曲率，为几何模型上每一点定义一个辐射半径；对软组织施加力后，物理模型受力形变的异步扩散过程是以步骤3所得碰撞检测点为基点开始往外扩散，第一次扩散至碰撞检测点的辐射区域内的点，然后将辐射区域内的点都加入活动区域；第一次扩散后的活动区域作为第一个异步区域；对于新加入活动区域的点，在第二次扩散的时候，以它们作为基点往外扩散，若一个点在它们的辐射区域内部，则将该点加入到活动区域中来，所有基点新增的点构成了第二个异步区域，以此类推，直到物理模型的所有质点都加入活动区域，只有活动区域内的质点才能运动；所述物理模型上基点的辐射区域根据几何模型上相应点的辐射半径得到；步骤6，根据步骤5所得物理模型的异步区域，对物理模型的每个质点在异步扩散过程中的位置进行求解，将物理模型上的形变效果通过过渡模型在几何模型上体现并绘制出来；对质点位置进行求解的方式为，在物理模型上对质点之间的弹簧进行分类，根据弹簧分类分析质点受力情况，分析得出质点所受合力之后，利用质点当前时刻和上一时刻的位置来求解质点下一时刻的位置。