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在体器官组织生物力学参数估计方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-10-16 16:13:17

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-10-25 14:55:58
本发明涉及一种在体器官组织生物力学参数估计方法,包括:进行在体器官组织几何建模,得到在体器官组织的四面体网格结构;根据得到的在体器官组织的四面体网格结构,进行在体器官组织生物力学模型建模;根据所述在体器官组织生物力学模型,进行在体器官组织边界条件估计;使用强跟踪卡尔曼滤波器,在当前边界条件估计结果下对在体器官组织的生物力学参数进行估计。本发明能够在复杂边界条件下对人体在体器官组织生物力学参数进行估计,使估计的生物力学参数更加精确。
1.一种在体器官组织生物力学参数估计方法,其特征在于,该方法包括如下步骤: a.进行在体器官组织几何建模,得到在体器官组织的四面体网格结构; b.根据得到的在体器官组织的四面体网格结构,进行在体器官组织生物力学模型建模; c.根据所述在体器官组织生物力学模型,进行在体器官组织边界条件估计; d.使用强跟踪卡尔曼滤波器,在当前边界条件估计结果下对在体器官组织的生物力学参数进行估计。 2.如权利要求1所述的在体器官组织生物力学参数估计方法,其特征在于,所述的步骤a具体包括: 首先将在体器官组织几何模型由4D MRI数据进行重建获得在体器官组织重建表面,再将在体器官组织重建表面进行网格划分得到在体器官组织的四面体网格结构。 3.如权利要求2所述的在体器官组织生物力学参数估计方法,其特征在于,所述的步骤b具体包括: 将在体器官组织边界条件等效为一组在体器官组织周围解剖组织碰撞接触而施加到在体器官组织表面的等效外力λ,再使用常用弹性参数杨氏模量和泊松率作为表示在体器官组织弹性材料属性的参数;所述在体器官组织的状态平衡方程为: f(qt)+f+JTλ=0,

人体器官的生物力学模型在虚拟手术仿真、软组织运动计算等方面有重要意义,然而人体器官不仅有着复杂的内部结构,还处于多器官环绕的复杂内部环境中,使得内脏的生物力学模型的估计存在着较大不确定性。

随着现代医学和计算机技术的发展,术中导航技术成为在医学领域的重要领域之一,其中对内脏器官形变的精准模拟是术中导航技术成功的关键技术之一,对器官形变的模拟依赖于个性化的生物力学模型,包括器官复杂的边界条件和个性化的弹性生物力学参性,生物力学模型的准确构建与否关系到术中器官形变跟踪精度。

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本申请的有益效果包括:

其一,本申请所处理的边界条件更复杂,通过使用等效外力代表边界条件,更完整地反应在体器官组织周围解剖组织对在体器官组织的影响,同时又不会使要处理的问题过于复杂,更全面地反应了在体器官组织表面所受到的约束情况,同时本申请对其它场景也更具泛化性。

其二,本申请所使用的强跟踪卡尔曼滤波器能够更好地处理生物力学参数估计过程中的不确定性误差,强跟踪卡尔曼滤波器的自适应阶段通过结合历史信息,将系统中的不确定性误差减小到规定阈值内,使估计的生物力学参数更加精确。

技术合作

上述较佳实施方式仅用来说明本发明,并非用来限定本发明的保护范围,任何在本发明的精神和原则范围之内,所做的任何修饰、等效替换、改进等,均应包含在本发明的权利保护范围之内。