[发明专利]虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法

权利要求书

1.一种虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法，用于控制切割器械进行切割，其特征在于，包括以下几个步骤：

第一步，从碰撞检测系统中提取当前的碰撞点，并传给潜在分裂面生成模块；

第二步，潜在分裂面生成模块根据碰撞点对模型进行细化并生成与手术刀划过轨迹对应的潜在分裂面，并传给面分裂模块；

第三步，面分裂模块对模型进行初步切割；

第四步，点分裂模块检测是否有孤立连接点现象，若是，则对孤立连接点进行分裂，若否，执行第五步；

第五步，判断所有被分裂过的节点是否构成完整的切面，若是，则执行第六步，若否，则返回第一步；

第六步，根据分裂点生成切割面极其轮廓，对轮廓节点进行无损拉普拉斯平滑，对切割面节点进行普通拉普拉斯平滑；

第七步，找出所有与切割面所属四面体相邻的且位于模型内部的四面体，并对这些内部四面体上的节点进行智能拉普拉斯平滑；

第八步，对第七步中找出的内部四面体进行面交换优化。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法，其特征在于，所述的第二步中对模型进行细化的方法具体为：

21)对于每个碰撞点，从碰撞检测系统获得该碰撞点所在的边；

22)找出所有包含这条边的四面体；

23)对每个四面体，根据其中不属于碰撞点所在边的两个节点以及碰撞点构成的三角形将单个四面体细化为两个四面体。

3.根据权利要求1所述的一种虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法，其特征在于，所述的潜在分裂面由三角面片集组成，所述的三角面片集包括三条边都在模型内部的内部分裂面片和拥有位于模型表面边的表面分裂面片。

4.根据权利要求3所述的一种虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法，其特征在于，所述的第三步中的初步切割具体为：

31)提取所有表面分裂面片中的模型表面边，检测出所有被某两条模型表面边共享的节点，将其设为潜在分裂点；

32)对于每一个潜在分裂点，在三角面片集中搜索包含该点的三角面片，检测这些三角面片是否能构成一个以两条模型表面边为边的扇形，若是，则说明该点可以被分裂并对其进行分裂。

5.根据权利要求1所述的一种虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法，其特征在于，所述的第四步中对孤立连接点进行分裂具体为：

41)实时存储每个节点所连四面体数量；

42)对每一个碰撞点，取任意一个包含该节点的四面体，搜索所有包含该碰撞点并且仅通过包含该碰撞点的面与该四面体连通的四面体，统计数量；

43)若当前统计数量小于之前储存的节点所连四面体数量，说明存在孤立连接点现象，将其分裂，直到统计数量等于其所连四面体数量。

6.根据权利要求1所述的一种虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法，其特征在于，所述的第五步中判断分裂点是否构成完整的切面的方法如下：

根据所有被分裂的节点组成的三角面片计算切口的面积，并判断面积是否超过阈值，若是，则进一步判断切割器械是否处于空闲状态，若是，则判定构成完整切割面。

7.根据权利要求1所述的一种虚拟手术训练系统中基于四面体的组织模型切割方法，其特征在于，所述的第六步中的普通拉普拉斯平滑方法如下：

对于要优化的节点，找出与其相邻的所有节点，计算所有相邻节点位置的几何中心，然后将被优化的节点移动到这一几何中心位置，其计算公式为：

Pnew=Σi∈VPi|V|]]>

其中P_new为目标节点修改后的位置，V为与目标节点相邻的节点的集合，P_i为第i个相邻节点，|V|为V中节点的数量。