1. 本选题研究的目的及意义
随着计算机技术和医疗技术的快速发展，虚拟手术仿真技术作为一种新兴的辅助医疗手段，在手术训练、手术规划和医疗器械研发等方面展现出巨大的应用潜力。
人体软组织建模和穿刺仿真是虚拟手术仿真的关键技术之一，其目的是利用计算机图形学、生物力学和数值计算方法，建立高精度的人体软组织模型，并模拟穿刺器械与软组织之间的相互作用，为临床手术提供安全、有效和可重复的操作训练平台。
本选题的研究意义主要体现在以下几个方面：
2. 本选题国内外研究状况综述
人体软组织建模和穿刺仿真作为虚拟手术的重要研究方向之一，近年来受到国内外学者的广泛关注。
1. 国内研究现状
国内在人体软组织建模和穿刺仿真方面，取得了一定的研究成果。
3. 本选题研究的主要内容及写作提纲
本研究将针对人体软组织建模和穿刺仿真中的关键问题，开展以下几方面研究：1.人体软组织力学特性研究：分析软组织的构成、结构和力学特性，研究不同软组织本构模型的适用性和局限性，为软组织建模提供理论基础。
2.软组织建模方法研究：研究基于有限元、质点弹簧模型和无网格法等方法的软组织建模方法，比较不同方法的优缺点，选择合适的建模方法，并构建高精度、可实时仿真的软组织模型。
3.穿刺仿真关键技术研究：研究穿刺器械的建模方法，穿刺力计算模型，以及软组织与穿刺器械之间的接触模型，实现逼真的穿刺仿真效果。
4. 研究的方法与步骤
本研究将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法，逐步开展以下研究工作：1.文献调研阶段：查阅国内外相关文献，了解人体软组织建模和穿刺仿真的最新研究进展，分析现有方法的优缺点，为本研究提供理论基础和技术参考。
2.软组织建模阶段：基于医学图像数据，利用逆向工程技术构建人体软组织的三维几何模型。
然后，根据软组织的力学特性，选择合适的本构模型和数值计算方法，建立高精度、可计算的软组织有限元模型。
5. 研究的创新点
本研究的创新点主要体现在以下几个方面：1.高精度软组织建模：针对现有软组织模型精度不足的问题，本研究将结合医学图像分析和生物力学实验，建立更加准确的软组织本构模型，并采用先进的数值计算方法，提高模型的计算精度和效率。
2.逼真的穿刺仿真：针对现有穿刺仿真模型难以准确模拟穿刺过程中的力学行为的问题，本研究将建立考虑穿刺器械几何形状、材料特性和摩擦系数的接触模型，并采用精确的数值计算方法，提高穿刺仿真的逼真度。
3.多模态感知融合：针对现有虚拟手术仿真系统缺乏真实感的问题，本研究将结合视觉、力觉和触觉等多模态感知技术，开发具有沉浸式体验的虚拟手术仿真系统，提高手术训练的效果。
6. 计划与进度安排
第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。
第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲
第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文
7. 参考文献（20个中文5个英文）
[1] 王鹏,王洪涛,张宪民.基于改进PDMS的生物软组织力学特性试验研究[J].实验力学,2021,36(04):569-577.
[2] 郑颖,郭宇,刘天亮,郝雨晨,王正,冯前进.基于机器学习的人体肝脏软组织超弹性本构模型参数拟合[J/OL].机械工程学报:1-15[2023-03-18].DOI:10.3901/JME.2022.11.077.
[3] 郭宇,李润,郑颖,李博,王正,冯前进.基于机器学习的肝脏软组织粘弹性本构模型参数反演[J/OL].机械工程学报:1-14[2023-03-18].DOI:10.3901/JME.2022.11.177.
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