实时切割软组织：基于TLED算法的创新方法

"一种基于TLED算法的软组织实时切割方法，旨在解决手术仿真中的实时性和非线性特性表达的问题，特别是在软组织切割时遇到的拓扑改变和预计算数据失效的挑战。该方法利用整体拉格朗日显示动态(TLED)非线性有限元作为软组织的变形模型，并结合虚拟顶点切割算法，实现在单元层次上的预计算和局部修改，以适应切割后的新拓扑结构。这种方法能有效克服预计算数据失效，实现软组织非线性变形的实时切割仿真。" 在手术仿真领域，尤其是虚拟手术模拟器的设计中，实时性和准确性是两个关键因素。传统的线性弹性模型无法准确描述软组织在大变形下的行为，而基于非线性连续介质力学的模型则更为精确，但计算复杂度高，难以满足实时性要求。论文提出的TLED算法解决了这一难题，它是一种整体拉格朗日框架下的非线性有限元方法，能更好地模拟软组织的动态响应。 切割仿真在虚拟手术中扮演着重要角色，因为切割会导致软组织的拓扑结构发生变化。然而，这种变化往往使预计算的数据失去有效性，需要重新计算，这在实时环境中是不切实际的。为了解决这个问题，该研究采用了虚拟顶点切割算法，该算法能够在切割发生后快速适应新的拓扑结构，同时结合TLED变形算法，确保了切割过程的实时性。 实验结果证实了这种结合方法的有效性，证明了提出的算法能够在保持实时性的同时，准确模拟软组织的非线性切割行为。这对于提升虚拟手术训练的逼真度和实用性具有重要意义，为手术模拟器的技术进步提供了新的思路和解决方案。 这篇论文的研究贡献在于提供了一种创新的软组织实时切割方法，结合了TLED算法和虚拟顶点切割策略，有效地处理了软组织切割的非线性特性和实时性需求，为未来虚拟手术模拟器的发展提供了强有力的技术支持。