一种基于PC的生物组织建模与实时仿真方法_王沫楠.pdf

第 39卷 　第 7 期 哈 　尔 　滨 　工 　业 　大 　学 　学 　报 Vol39 No7 　 　 2 0 0 7 年 7 月 JOURNAL OF HARB IN IN ST ITU TE OF TECHNOLO GY Ju l. 2007 　　　　　　 一种基于 PC 的生物组织建模与实时仿真方法 王沫楠 , 孙立宁 , 贾志恒 , 杜志江 (哈尔滨工业大学 机器人研究所 , 哈尔滨 15000 1, Em ail: qqwm nan@ 163. com ) 摘 　要 : 为了在 PC机上实现可以用于手术培训和手术规划的虚拟手术环境 ,首先基于人体组织特性确定了 3种可选择的生物力学材料 ,进而建立组织的动力学平衡等式 ,利用有限元方法对非线性动力学等式进行求 解 ,最后利用神经网络技术学习有限元分析结果 ,并给出了该方法在皮肤切割仿真中的应用. 结果证明 ,基于 该方法建立的仿真系统既体现了生物组织的材料特性又满足了实时仿真的要求. 关键词 : 有限元法 ; 神经网络 ; 建模 ; 仿真 中图分类号 : TP39 1 文献标识码 : A 文章编号 : 0367 - 6234 (2007) 07 - 1072 - 04 M odeling and rea ltim e sim ula tion m ethod of b iolog ica l tissue ba sed on PC WAN G Monan , SUN L in ing, J IA Zh iheng, DU Zh ij iang (Robotic s In stitu te, H arb in In stitute of Techno logy, H arb in 150001, Ch ina, Em ail: qqwm nan@ 163. com ) A b stract: The m ain goal of modeling and realtim e sim u lation of b io logical tissue is to bu ild a virtual su rgery environm en t for train ing and su rgery p rogramm ing on a PC. Th is p ap er p ropo sed three k ind s of op tical b iom e chan ical m aterial ba sed on hum an tissue function. Fu rther, dynam ical equ ilib rium equation is set up and so lved by fin ite elem en t m ethod. F inally, neu ral network techno logy is u sed to learn analytical re su lts. A n ap p lication of sk in cu t sim u lation is p rovided a s examp le. The re su lt show s that the sim u lation system , ba sed on the p ropo sed m ethod, can rep re sen t the b io logical tissue ’s m aterial p erform ance accu rately, and can satisfy the realtim e requ irem en t. Key words: fin ite elem en t m ethod; neu ral network; modeling; sim u lation 　　目前 ,