血管介入手术系统中软组织及手术器械精确建模

摘要

心血管疾病是全世界公认的严重威胁人类生命安全和健康水平的疾病。作为治疗心血管系列疾病的重要手段，微创介入手术通过导引技术和医学图像处理实现了对病变血管的预防治疗。虚拟训练手术系统逐渐成为数字新型医疗研究的焦点，主要运用于医疗教学、手术培训、术前指导和手术器械建模分析。软组织建模作为虚拟手术系统的基础，逐渐成为科研工作者研究热点，它可以反映真实生物软组织的形变过程，其中最常用的是弹簧质点模型与有限元模型。软组织的物理模型直接影响着虚拟手术训练系统的精度和准确性，所以本文进行了软组织建模相关研究。软组织建模是指通过模型反映软组织的参数属性，包括物理模型、几何模型和计算模型。软组织本身的材料属性决定着人体器官的仿真形变效果，所以设计了计算软组织物理参数的实验。
　　本研究主要内容包括：⑴设计了基于X-Y平台的肝脏穿刺试验，在实验的基础上进行了基于有限元法的肝脏穿刺仿真实验，仿真结果充分证明了软组织形变过程，验证了有限元法具有运用于软组织形变模拟的可行性。⑵为了提高血管形变仿真的真实性，本文设计了血管、介入导丝轴向拉伸实验，计算其生物力学特性。基于有限元法建立血管模型，通过实验提取的参数设计了拉伸过程仿真，对实验和仿真应力应变曲线进行对比验证了血管拉伸结果的真实性。⑶建立了虚拟血管介入手术系统，在有限元基础上构建血管模型和手术器械模型，进行数值计算求解，实现主动脉内导丝介入过程。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容

1.4 各章节安排

第2章 软组织物理建模

2.1 软组织特性

2.2 物理建模方法

2.3 有限元法基本思想

2.4 有限元法求解原理

2.5 本章小结

第3章 肝脏软组织穿刺实验及仿真

3.1 有限元软件选择

3.2 肝脏穿刺实验设计

3.3 肝脏参数计算

3.4 物理建模

3.5 结果分析

3.6 本章小结

第4章 虚拟血管拉伸仿真

4.1 血管拉伸实验设计

4.2 手术器械拉伸实验设计

4.3 虚拟血管拉伸建模

4.4 实验结果分析

4.5 本章小结

第5章 虚拟血管介入系统

5.1 血管、介入导丝建模

5.2 结果分析

5.3 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 今后工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况