نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد رشته رباتیک، گروه مستقل رباتیک، دانشکده مهندسی رباتیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 استاد، گروه کنترل، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
3 استادیار، پژوهشکده فناوری های نو، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
4 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده
شبیهسازی بیدرنگ برای نشان دادن رفتار واقعی بافت نرم به مدلهای بیومکانیک دقیقی نیاز دارد که دارای محاسبات سریع باشد. این مدلها در خدمت کاربردهایی از جمله تشخیص پزشکی، برنامهریزی و آموزش جراحی است. یکی از چالشها در شبیهسازی عمل جراحی، برش بافت نرم است که به تغییرات ساختار هندسی و مشبندی مجدد عناصر در زمان بصورت آنی نیاز دارد. در این مقاله الگوریتم برشی با توجه به تحلیل هندسی بافت پیشنهاد شده است به طوری که تعداد درجات آزادی کمی تولید کرده و شبیهسازی پایدارتری را با آسیب کمتر به بافت نشان میدهد. با توجه به نتایج حاصل از شبیهسازی، الگوریتم پیشنهادی از سرعت نسبتاً زیادی برخوردار است. علاوه بر الگوریتم پیشنهادی برش، روش نگاشتی پیشنهاد شده است که ارتباط بین مدل فیزیکی عناصر و مشبندی بصری و برخورد را برقرار ساخته و عمل جراحی واقعیتری را نشان میدهد. در این مقاله برای به دست آوردن نتایج قابل اعتماد، از مدل فیزیکی، دقیق و محاسباتی اجزای محدود استفاده شده است. روش اجزای محدود برای پایداری، دقت و عملکرد کافی در شبیهسازی آنی بهکار میرود. الگوریتم پیشنهادی در محیط شبیهسازی SOFAبرای بافت نرم سهبعدی توموری شکل ارزیابی شده است.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
A New Hybrid Algorithm for Simulation of Cutting Soft Tissue Using Finite Element Method
نویسندگان [English]
- Marzie Saeidirad 1
- Heidar Ali Talebi 2
- Mohammad Zareinejad 3
- Mohammad Reza Dehghan 4
1 M.Sc, Robotic Department, Faculty of Robotic Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Professor, Control Department, Faculty of Electrical Engineering, Amirkabir University of Technology
3 Assistant Professor, New Technologies Research Center (NTRC), Faculty of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology
4 Ph.D Student, Manufacturing Department, Faculty of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology,
چکیده [English]
Computationally fast biomechanical models are required to present the actual behavior of soft tissue in real-time simulation. These models are applied in medical diagnosis, surgical planning and training. One of the challenges in the surgical simulation is soft tissue cutting that requires topology changes and elements remeshing in real-time.This paper present a new algorithm for soft tissue cutting using its geometric analysis. This method creates a less number of degrees of freedom and shows a stable simulation that leads in less tissue damage as compared to other methods. According to the simulation results, the proposed algorithm has a relatively high speed. In addition, a mapping method has been proposed that relates physical and visual model and consequently shows a more realistic surgery. In order to achieve a physics based, accurate and reliable force model, Finite Element Method is used. Finally, the proposed algorithm is simulated for three-dimensional soft tissue tumor and evaluated using the SOFA-Framework.
کلیدواژهها [English]
- finite element method
- Soft Tissue Cutting
- Biomechanic
- Haptics Systems
- Surgery Simulation