中文摘要：

心脏介入治疗是临床医学技术中的难点和热点，由于操作复杂、要求精度高，目前能掌握该技术的医技人员非常有限，迫切需要进行仿真训练。手术仿真中的力反馈技术一直是虚拟仿真系统研究的重点和难点，而心脏介入治疗操作中的力反馈在动态循环系统和流体力学方面又不同于传统的手术操作。本项目依据心脏介入治疗仿真对实时交互和真实感力反馈的要求，在弹性力学和流体力学的基础上，对心脏、血管壁等软组织的物理行为进行建模，针对动态变化的血液流体和多软组织的复杂虚拟手术环境，研究混合计算模型、动态流体和多自由度力反馈模型和快速碰撞检测算法，以促进虚拟仿真技术在医学领域中的进一步推广和应用。

结论摘要：

心脏介入治疗一直是虚拟仿真研究的重点和难点。本项目在弹性力学和流体力学的基础上，对心脏、血管等软组织的物理行为进行建模，针对动态变化的血液流体和多软组织的复杂虚拟手术环境，研究混合计算模型、动态流体和力反馈模型。我们的主要研究结果如下1、设计了一种针对轮廓重建网格模型的特征保持平滑方法；2、利用曲面构造、曲面拼接等技术构造了血管模型；3、设计了一种基于复合弹簧振子的实时心跳动态物理模型；4、提出了基于体元剖分的软组织切割算法；5、改进了采用表面网格的弹簧振子形变模型；6、采用了质点－弹簧－阻尼器模型，仿真了虚拟器械和软组织模型交互的面弹力和表面的摩擦力；7、采用了改进的粒子系统方法，实现了虚拟心脏介入治疗系统的血流模型；8、实现了快速定位检测与柔性器械运动模拟；9、结合具体的心脏介入治疗的应用领域，实现面向多软组织复杂的、动态的环境和支持力反馈交互的虚拟手术原型系统。本研究的完成为心脏介入治疗仿真中的关键技术提供了理论基础和实际解决方案，对虚拟手术仿真技术推向实用化并促进医学教育训练水平的提高具有重要意义。