孙昕 闫丽 卜宪庚 何颖

在以往，若要培养出一名优秀的外科医生，往往需要在真实患者身上经过大量的反复实践和反复操作，这就需要大量的人力物力资源，虚拟手术系统的应用，可以让操作者在模拟患者身上体验交互地诊断和治疗的过程，从而有效提高临床技能。当代医学的发展正在日新月异地变化着，精确手术和微创手术正在逐步替代传统的经验手术和大面积的开放式手术，这就对虚拟手术系统提出了新的更高的要求，尤其是人机交互性能中操作者的视觉和触觉沉浸感[1]。人体器官大部分都是软组织，因此生物软组织的几何建模、物理建模和仿真是医学仿真的基础问题、关键问题，需要进行深入研究。虚拟手术系统软组织建模的核心模块包括几何建模、物理建模、碰撞检测等。

1 几何建模

几何模型主要有面模型和体模型两种表现形式，面模型主要用表面网格来表示研究对象，而体模型则用空间的三维单元来构造模型。通常，我们对手术仿真中模型类型的选择，主要从计算效率和物理准确性两方面要求来考虑[2]。在软组织变形仿真方面，体模型能够比面模型更好的模拟出实体的物理属性。此外对于仿真中的切割和缝合操作，体模型比面模型更加适合实现几何及拓扑结构上的变化。在人体几何模型方面，是首先通过三维医学扫描技术得到人体医学图像数据，然后利用三维重建和可视化技术得到组织器官的整体或部分模型，再进一步通过四面体剖分或六面体剖分算法得到三维组织器官的体模型。……