Библиотека алгоритмов деформации 3D модели мягкого тела для компьютерной системы планирования медицинских операций

Введение 4
1. Постановка задачи 6
2. Обзор 7
2.1. Методы физического моделирования 7
2.1.1. Модель конечных элементов 7
2.1.2. Модель масс-тензоров 7
2.1.3. Модель масс-с-пружинами 8
2.1.4. Модель SPH 9
2.2. Параметризация модели 10
2.3. Методы оптимизации 11
2.3.1. Градиентный спуск 11
2.3.2. Покоординатный спуск 12
2.4. Инструменты 12
3. Архитектура системы 14
4. Функциональность 16
5. Реализация 17
5.1. Градиентный спуск с ограничением на длину каждого ребра 17
5.2. Градиентный спуск с ограничением на сумму длин ребер 19
5.3. Покоординатный спуск с ограничением на разницу площадей 21
6. Апробация 22
7. Результаты 24
Список литературы 25
Купить

На сегодняшний день информационные технологии глубоко прони­кают в различные сферы жизни человека, и медицина, а в особенности пластическая хирургия, одна из первых идет в ногу со временем и на­чинает использовать предлагаемые технологические новшества.
Пластическая хирургия занимается устранением дефектов и дефор­маций органов, тканей, поверхностей человеческого тела. Операции это­го раздела хирургии принято разделять на реконструктивные и эсте­тические. Реконструктивные пластические операции позволяют устра­нить деформации тканей и органов с восстановлением их функций ме­тодами пластической хирургии. Подобные операции проводятся у лю­дей с какими-либо телесными повреждениями, полученными в резуль­тате травмы или болезни. Для улучшения же внешности пациента ис­пользуются эстетические пластические операции, которые в настоящее время приобретают всё большую популярность.
Первостепенной целью пластической хирургии является восстанов­ление функционального значения органа, но и проблема восприятия пациентом внешнего вида восстановленного органа остается немало­важной. Зачастую на консультации пациенту с трудом удается воспри­нимать предлагаемые варианты операций по фотоснимкам из архива врача, поэтому в настоящее время при планировании медицинских опе­раций широко применяются компьютерные системы.
Компьютерное моделирование результатов пластических операций является немаловажным этапом на пути изменения внешности. Обычно пациенты затрудняются представить будущие изменения. В этом слу­чае симуляция результатов операции дает возможность заранее увидеть планируемые перемены и, при необходимости, скорректировать их. Хи­рург же, в свою очередь, сможет дать ответы на большинство вопросов пациента и оправдать его ожидания. Для моделирования результатов пластической операции и их демонстрации пациенту производится ска­нирование, восстанавливается трехмерная модель интересующей обла­сти, и по полученной модели изучают различные ее свойства, произ­водят замеры. К примеру, для коррекции фигуры удаляется лишняя жировая ткань и производятся различные подтяжки участков кожи. При планировании такой операции требуется определить объем жиро­вой ткани, который необходимо удалить, установить места возможных подтяжек кожных покровов. Для моделирования результата необходи­мо имитировать физическое поведение тканей тела человека. Демон­страция возможных результатов этой операции пациенту может быть в дальнейшем использована для принятия решения о проведении опе­рации.
В компьютерной системе планирования хирургических операций Phoenixcas 3D Viewer [11] встроена возможность восстановления по­верхностной трехмерной модели пациента, визуализация, выполнение замеров, различные способы сравнения трехмерных моделей и другое. В данный программный продукт в целях расширения функционально­сти добавляются возможности симуляции результатов различных опе­раций, и зачастую в реализации алгоритмов симуляции нужны вспомо­гательные деформаторы, реализацию которых целесообразно вынести в отдельную библиотеку для дальнейшего использования. О её разра­ботке и пойдет речь в рамках данной работы.
Купить