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Erschienen in: International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery 2/2021

06.01.2021 | Original Article

Deformation modeling based on mechanical properties of liver tissue for virtuanormal vectors of trianglesl surgical simulation

verfasst von: Jing Yang, Ming Hu, Xinge Shi, Deming Zhao, Lingtao Yu

Erschienen in: International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery | Ausgabe 2/2021

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Abstract

Purpose

In this paper, a method for rapidly constructing a virtual surgical simulation system is proposed. A deformation model based on the mechanical properties of the liver and a rapid collision detection between the surgical micro-instruments and the liver tissue are included in this method. The purpose of this work is to improve the accuracy and real time of particle model deformation interaction in virtual surgery system.

Methods

Firstly, a finite element model is established based on the constitutive model parameters of liver tissue. According to the simulation results, a mathematical model of node displacement is established. Secondly, the virtual liver is established based on the fast model reconstruction method, and the virtual manipulator is controlled by Geomagic Touch manipulator. Based on the hybrid bounding box, a rapid collision detection process between the instrument and liver is realized and the proposed deformation method is used to simulate the deformation of liver tissue.

Results

The simulation and experiment results show that the proposed deformation model can achieve high deformation interaction accuracy. The collision detection algorithm based on the hybrid bounding boxes can realize the collision between the liver and the instrument, and the established virtual surgical simulation system can simulate the liver tissue deformation in the case of small loading displacement.

Conclusions

The effectiveness of the collision detection algorithm and deformation model was verified by an established virtual surgery simulation system. The proposed rapid construction method of virtual surgical simulation is feasible.
Literatur
5.
Zurück zum Zitat Shinichiro Yamada, Shimada Mitsuo, Imura Satoru, Morine Yuji, Tetsuya Ikemoto Yu, Saito Chie Takasu, Yoshikawa Masato, Teraoku Hiroki, Yoshimoto Toshiaki, Takata Atsushi (2016) Effective stepwise training and procedure standardization for young surgeons to perform laparoscopic left hepatectomy. Surg Endosc 31(6):2623–2629. https://doi.org/10.1007/s00464-016-5273-3CrossRef Shinichiro Yamada, Shimada Mitsuo, Imura Satoru, Morine Yuji, Tetsuya Ikemoto Yu, Saito Chie Takasu, Yoshikawa Masato, Teraoku Hiroki, Yoshimoto Toshiaki, Takata Atsushi (2016) Effective stepwise training and procedure standardization for young surgeons to perform laparoscopic left hepatectomy. Surg Endosc 31(6):2623–2629. https://​doi.​org/​10.​1007/​s00464-016-5273-3CrossRef
28.
Metadaten
Titel
Deformation modeling based on mechanical properties of liver tissue for virtuanormal vectors of trianglesl surgical simulation
verfasst von
Jing Yang
Ming Hu
Xinge Shi
Deming Zhao
Lingtao Yu
Publikationsdatum
06.01.2021
Verlag
Springer International Publishing
Erschienen in
International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery / Ausgabe 2/2021
Print ISSN: 1861-6410
Elektronische ISSN: 1861-6429
DOI
https://doi.org/10.1007/s11548-020-02297-7

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