[发明专利]一种基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法

权利要求书

1.一种基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)建立导丝模型：根据导丝的几何特征，将导丝模型离散化成一段刚性体，每段刚性体不能压缩或者拉伸，刚性体之间由链接点连接，在链接点处可以弯曲，链接点作为一个链甲模型元素，建立链甲模型；

步骤(2)对导丝运动过程的模拟：导丝运动包括推操作、拉操作和旋转操作；其中对于导丝的推操作，选择导丝的尖端部分进行位置更新的；对于导丝的拉操作，从导丝的体部分进行位置更新；对于导丝的旋转操作，通过外部设备输入旋转角度，计算旋转轴对位置进行更新；

步骤(3)导丝碰撞检测和响应：在对导丝运动过程的模拟中，使用符号距离场方法进行导丝碰撞检测，在发生渗透现象时进行碰撞响应，达到更真实的模拟效果。

2.根据权利要求1所述的基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法，其特征于：所述步骤(1)中的链甲模型的建立方法为：初始化导丝形状，对导丝尖端形状进行计算；然后对导丝模型离散化，导丝的尖端和体部分别设定不同的材质参数；并且对链甲模型的拉伸系数，压缩系数和剪切系数以及元素之间的初始段长、导丝尖端弯曲角度参数进行初始化，以模拟导丝尖端和体部的不同物理材质属性。

3.根据权利要求1所述的基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法，其特征于：所述步骤(2)中计算旋转轴的具体为：通过导丝的尖端部分的最后一个元素和体部的第一个链甲元素位置之间的单位向量作为旋转轴,在尖端推操作力的方向，将尖端点沿着这个方向平移输入值大小的距离，解算这个链甲模型，更新链甲模型其他元素的位置。

4.根据权利要求1所述的基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法，其特征于：所述步骤(2)中，对导丝运动过程的模拟时采用动态自适应采样的方法，实现为：在导丝实行推操作、拉操作和旋转操作时，事先设定一个阈值，当血管末端的导丝元素大于阈值时则动态删除元素；同时在对导丝实行拉操作时，当导丝处于血管末端的长度大于导丝总长度的1/2时，也动态在导丝末端删除元素；相反如果血管末端导丝元素太少，少于设定的阈值，则需要增加点，即添加该点的链甲模型元素，相应地更新链甲模型，从而使模拟效果更真实。

5.根据权利要求1所述的基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法，其特征于：所述步骤(3)中导丝碰撞检测和响应采用广义的符号距离场(SDF)的方法，由于血管会随着心脏模型发生形变，需要对血管壁动态建立符号距离场，导丝在运动过程模拟中，处于任何位置均能够通过计算它的符号距离，符号为正说明发生渗透，通过碰撞响应算法，将于血管壁距离过近的或者发生穿透的元素限定在血管内。

6.根据权利要求2所述的基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法，其特征于：所述碰撞响应算法为：将导丝在运动过程中，受到的力有分为外力、内部力、碰撞力和摩擦力；外力通过触力设备输入获得；内部力传递运动状态，通过解算链甲模型，根据胡克定律得到；导丝在血管壁放生碰撞时，碰撞力计算是通过碰撞响应，施加给导丝的一个惩罚力，使导丝形变，限制在血管内部获得；摩擦力的计算是在导丝与血管壁发生碰撞时，通过库伦定理获得。

7.根据权利要求1所述的基于一体化链甲模型的医学手术器械导丝的模拟方法，其特征于：所述步骤(2)中在对导丝运动过程的模拟中，为了实现不同模型之间统一的耦合计算，分别对流场和血管模型建立链甲模型，通过设定参数达到不同材质的模拟效果，把链甲模型内部的各元素关系成为实链接，建立实链接的结果是更新模型任意元素，整个模型通过实链接传递形变；而将形变从一个链甲模元素传递到另一个模型，则需要通过虚拟链接传递，由于有些东西动态发生形变，所以采用虚拟链接的方法计算时需要动态建立链接。