[发明专利]钻孔手术的模拟方法及装置

权利要求书

1.一种钻孔手术的模拟方法，其特征在于，包括：

初始化三维骨骼模型，所述三维骨骼模型的数据结构包括表面网格数据和体素数据，所述体素数据包括体素的材料，所述材料包括骨密质和骨松质；

在模拟钻孔的过程中，基于dF_n＝(K_n1t₁+K_n2t₂)dω和dF_f＝(K_f1t₁+Kf2t2dω对所述钻头的力进行模拟，其中，dFn为垂直于骨表面的法向力的微分，dF_f为骨表面的摩擦力的微分，K_n1和K_n2分别为骨密质和骨松质上的法向切割能量系数，K_f1和K_f2分别为骨密质和骨松质上的切向切割能量系数，量纲为MP_a(N/mm²)，t₁和t₂分别为骨密质和骨松质的切片厚度，dω为切片宽度；

根据所述钻头的切割进程实时对所述三维骨骼模型进行渲染刷新。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维骨骼模型为复合数据结构，其数据结构包括表面网格数据和体素数据。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述钻头的切割进程实时对所述三维骨骼模型进行渲染刷新包括：

将消失的表面体素对应的表面网格移除，并为新出现的表面体素渲染对应的表面网格。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在对所述三维骨骼模型进行碰撞检测时，检测的体素包括：所述钻头表面的体素，与所述钻头及骨骼的表面相连的内部体素，以及所述钻头运动经过的体素。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在模拟钻孔的过程中，基于dF_n＝(K_n1t₁+K_n2t₂)dω和dF_f＝(K_f1t₁+K_f2t₂)dω对所述钻头的力进行模拟包括：

通过全局坐标下的以下公式对所述钻头的力进行模拟：

dF_r＝-dF_nsinφ+F_fcosφcosψ，

dF_c＝dF_ncosφcosτ+dF_fsinψsinτ+dF_fsinφcosψcosτ，

dF_e＝dF_ncosφcosτ-dF_fsinψsinτ+dF_fsinφcosψcosτ，

其中，dF_r、dF_c和dF_e分别为所述三维骨骼模型所在三维坐标系下每个轴向方向上的力的微分，所述φ为钻头的斜削角，所述ψ为切屑流动角，所述τ为所述钻头的倾斜角。