شبیه ساز تغییر شکل بافت نرم در سیستم های هپتیکی با استفاده از شبکه عصبی سلولی

امروزه استفاده از واقعیت مجازی در آموزش جراحی به دلیل کم‌خطر بودن، تکرارپذیری، هزینه‌ی کم و قابلیت‌های دیگر مورد توجه قرار گرفته است. روش‌های مختلف ارائه شده برای جراحی مجازی سعی در واقعی و در عین حال بلادرنگ بودن آن دارند. در این مقاله روشی جدید برای مدل‌سازی بافت نرم با استفاده از تلفیق شبکه عصبی سلولی و معادلات الاستیک و ویسکوالاستیک بافت نرم معرفی می‌گردد. به علاوه یک سیستم شبیه‌ساز هپتیکی برای مدل‌سازی ویسکوالاستیک تغییر شکل بافت نرم ارائه می‌شود. مدل ویسکوالاستیک بافت نرم با استفاده از معادلات ناویر کوشی و مدل کلوین - ویت ساخته شده است. با استفاده از شبکه‌ی عصبی سلولی، جابه‌جایی ایجاد شده در یک نقطه توسط نیروی خارجی، در کل بافت منتشر می‌شود. از آن‌جایی‌که این روش نیاز به مش‌بندی مکعبی دارد، الگوریتم مش‌بندی جدیدی طراحی شده و به صورت برون‌خط اجرا می‌شود. همچنین الگوریتم تشخیص برخورد برای تعیین برخورد ابزار با سلول و شناسایی سلول هدف، همراه با الگوریتم اصلی اجرا می‌شود. علاوه بر موارد ذکر شده، بازخورد نیرو با استفاده از مدل نیروی فراهم شده توسط شبکه‌ عصبی سلولی و واسط هپتیکی، به کاربر منتقل می‌شود. الگوریتم پیشنهادی بر روی کبد به صورت سه بعدی و به صورت برخط پیاده‌سازی می‌شود.

Simulation of Soft Tissue Deformation in Haptic Systems with Cellular Neural Networks

Nowadays, using of virtual reality in surgical training is taken consideration due to safety, reproducibility, lower cost and other benefits. The various presented method for virtual surgery have attempt to make it more real and also make it online. This paper presents a new methodology for the deformation of soft tissue by drawing an analogy between cellular neural network (CNN) and elastic and viscoelastic equations. Viscoelastic model has been resulted from collection between NavierCauchi equations and KelvinVoigt model. Furthermore, a haptic system for viscoelastic modeling of soft tissue deformation is presented. The displacement created at a point by external force is released throughout the tissue via the cellular neural network. Because this method needs to cubic meshing, a new meshing algorithm is designed that executed offline. Indeed a collision detection algorithm is used to detect collision between tool and cells that executed inside the main algorithm and force feedback using the force model provided by the neural network and the haptic interface. This algorithm is implemented on a 3d liver model and executed online.