22、患者特定建模与虚拟现实手术模拟技术综述

患者特定建模与虚拟现实手术模拟技术综述

在当今的医疗领域，患者特定建模和实时软组织模拟在虚拟现实手术模拟中扮演着至关重要的角色。下面将详细介绍相关技术的进展、应用以及面临的挑战。

网格生成技术的现状与挑战

在构建手术模拟的计算模型时，网格生成是关键的一步。目前的网格生成技术能够对四面体网格进行尺寸和质量控制，还能对表面和尖锐特征进行近似处理。例如，通过CGAL从分割图像生成3D计算模型。然而，该过程也存在两个不可避免的问题：
- 小角度问题 ：小（二面）角可能会破坏细化过程。
- 不良形状四面体问题 ：最终结果中可能包含形状不佳的四面体（如特殊类型的准退化四面体，即Sliver）。

从当前网格生成的进展来看，在合理的时间框架内生成高质量的计算网格并处理边界域仍然是一项极具挑战性的任务。

手术模拟中的软组织模拟方法

除了精确的患者解剖建模，实时软组织模拟也是快速手术模拟系统的关键部分。由于手术中大部分解剖部位是软组织，软组织变形的准确性会极大地影响整个框架的性能。目前主要有以下四种广泛使用的模拟方法：

模拟方法	理论基础	优点	缺点
基于力的方法（质量 - 弹簧）	牛顿第二运动定律	简单、成本低	难以调整弹簧常