[发明专利]一种埋线提升整形手术仿真系统

摘要

一种埋线提升整形手术仿真系统，涉及虚拟手术系统开发技术领域。本发明的目的是为了能够让用户真实地感知人体面部软组织的生物力学特性，熟悉埋线提升整形手术的步骤，从而提高手术培训的效果和手术成功率。本发明包括：人体面部几何建模模块、人体面部组织物理建模模块、碰撞检测模块、可视化模块、力反馈模块和辅助模块。本发明的方案可基于Visual Studio开发平台，通过自主编程实现虚拟人体面部组织的几何建模、物理建模、碰撞检测、力反馈计算、可视化等。本发明能够降低手术系统的复杂程度和占用内存。

主权项

1.一种埋线提升整形手术仿真系统，其主要特征为：所述系统包括：人体面部几何建模模块(1)、人体面部组织物理建模模块(2)、碰撞检测模块(3)、可视化模块(4)、力反馈模块(5)和辅助模块(6)；人体面部几何建模模块(1)用于生成虚拟的人体面部的三维几何模型，在虚拟环境下，给用户提供手术培训的对象；人体面部几何建模模块(1)还用于导入人体面部的二维断层扫描图像数据，并进行人体面部的二维断层扫描图像数据的阈值筛选、交互式分割和三维表面模型的重建；人体面部几何建模模块(1)还用于进行人体面部的三维几何模型的实体网格划分；人体面部组织物理建模模块(2)用于对人体面部几何建模模块(1)中生成的人体面部软组织实体网格模型的材料属性的赋值；人体面部组织物理建模模块(2)还用于人体面部软组织的三维实体网格模型在外加载荷和约束条件下的网格节点变形量的数值计算；人体面部组织物理建模模块(2)还用于锁定人体面部软组织的变形状态；碰撞检测模块(3)用于判断虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间是否发生碰撞；碰撞检测模块(3)还用于检测虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间发生碰撞处的点坐标，并将检测点的坐标信息传输到人体面部组织物理建模模块(2)中；碰撞检测模块(3)还用于模拟虚拟手术器械中的埋线在打结时发生的自碰撞的检测与处理，即加入排斥控制；可视化模块(4)用于将人体面部几何建模模块(1)中生成的虚拟的人体面部的三维几何模型和虚拟手术器械添加颜色、光照和纹理；可视化模块(4)还用于结合人体面部组织物理建模模块(2)，实时刷新人体面部的三维几何模型的实体网格模型中发生变形的节点的坐标；可视化模块(4)还用于辅助模块(6)中进行皮肤消毒和手术路径画线等工序的颜色渲染；力反馈模块(5)用于计算虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力；力反馈模块(5)还用于将所计算出的虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力传递给力反馈设备，使用户感知到人体面部软组织真实的力学特性，其中，所述的虚拟手术器械由钝针和埋线两部分组成；力反馈模块(5)还用于计算人体面部软组织在被针刺时的摩擦力和切割力；辅助模块(6)用于添加并模拟在进行虚拟面部提升整形手术时进行的辅助工序，包括：手术路径画线、局部麻醉、皮肤消毒。