[发明专利]用于仿真软组织变形的装置、仿真系统

权利要求书

1.一种用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述用于仿真软组织变形的装置包括：

碰撞检测模块，用于判断虚拟手术器械与三维软组织物理模型之间是否发生碰撞；当判定发生碰撞时，获得碰撞节点的位置信息和深度信息；

网格变形模块，用于基于所述碰撞节点的位置信息，计算所述三维软组织物理模型的影响区域；对所述影响区域内的所有三角形单元建立刚度矩阵；输入碰撞节点深度信息至所述刚度矩阵，以计算所述影响区域的剩余节点的位移量；以及基于所述影响区域的所有节点的位移量，渲染所述影响区域的网格变形。

2.如权利要求1所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述用于仿真软组织变形的装置还包括：软组织物理模块，所述软组织物理模块包括几何建模单元和物理建模单元；所述几何建模单元用于获取虚拟对象的医学数字图像通讯数据，并基于所述医学数字图像通讯数据进行阈值筛选、交互式分割及构建得到三维软组织模型，并得到三维软组织模型的网格结构；所述物理建模单元用于对三维软组织模型设定边界条件，以得到虚拟分区；以及拟合不同分区的力学特性至三维软组织模型的相应分区，以得到三维软组织物理模型。

3.如权利要求2所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述几何建模单元还用于根据预设目标确定三维软组织模型的术区和非术区，并且根据预设规则，对术区的网格进行增量操作，以及对非术区的网格进行减量操作。

4.如权利要求2所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述用于仿真软组织变形的装置还包括：器械建模模块，所述器械建模模块用于获取虚拟手术器械的激光扫描图像数据；基于虚拟手术器械的激光扫描图像数据，渲染三维虚拟手术器械模型。

5.如权利要求4所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述虚拟手术器械和所述三维软组织模型均由三角面片构成。

6.如权利要求1所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述用于仿真软组织变形的装置还包括穿刺操作模块和力反馈获得模块；所述穿刺操作模块用于控制虚拟手术器械朝向三维软组织物理模型移动；在碰撞检测模块确定发生碰撞后，基于碰撞节点的深度信息，计算碰撞节点的反馈力；判断反馈力是否大于预设的最大穿刺强度；当判定反馈力小于最大穿刺强度，确定三维软组织物理模型的网格未被破坏；当判定反馈力大于最大穿刺强度，确定三维软组织物理模型的网格被刺破；判断虚拟手术器械的倾斜角度；当判定虚拟手术器械的倾斜角度为第一预设角度范围，确定虚拟手术器械对三维软组织物理模型的操作为穿刺操作；所述力反馈获得模块用于获取碰撞节点的反馈力，并基于所得到的反馈力输出至力反馈装置。

7.如权利要求6所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述用于仿真软组织变形的装置还包括切割操作模块；所述切割操作模块用于当判定虚拟手术器械的倾斜角度为第二预设角度范围，确定虚拟手术器械对三维软组织物理模型的操作为切割操作；所述网格变形模块还用于解构三维软组织物理模型的切割部分的网格的约束关系；重构三维软组织物理模型的切割后的网格；并更新切割后的网格的颜色和纹理。

8.如权利要求1所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述网格变形模块包括影响区域计算单元，所述影响区域计算单元用于界定刚度矩阵建立范围，获取影响区域的计算参数，其中计算参数包括预设的位移误差、三维软组织物理模型的材质的弹性模量、三维软组织物理模型的表面皮肤厚度；基于计算参数，计算得到所述三维软组织物理模型的影响区域。

9.如权利要求1所述的用于仿真软组织变形的装置，其特征在于，所述网格变形模块包括位移量计算单元，所述位移量计算单元用于构建三角形单元刚度矩阵；基于所述深度信息，得到所述刚度矩阵的输入量；基于所述刚度矩阵的输入量，对所述刚度矩阵进行求解，以得到所述影响区域的所有节点的位移量。