شبيه ساز تغيير شكل بافت نرم در سيستم هاي هپتيكي با استفاده از شبكه عصبي سلولي

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

امروزه استفاده از واقعيت مجازي در آموزش جراحي به دليل كم خطر بودن، تكرارپذيري، هزينه ي كم و قابليت هاي ديگر مورد توجه قرار گرفته است. روش هاي مختلف ارائه شده براي جراحي مجازي سعي در واقعي و در عين حال بلادرنگ بودن آن دارند. در اين مقاله روشي جديد براي مدل سازي بافت نرم با استفاده از تلفيق شبكه عصبي سلولي و معادلات الاستيك و ويسكوالاستيك بافت نرم معرفي مي گردد. به علاوه يك سيستم شبيه ساز هپتيكي براي مدل سازي ويسكوالاستيك تغيير شكل بافت نرم ارائه مي شود. مدل ويسكوالاستيك بافت نرم با استفاده از معادلات ناوير كوشي و مدل كلوين – ويت ساخته شده است. با استفاده از شبكه ي عصبي سلولي، جابه جايي ايجاد شده در يك نقطه توسط نيروي خارجي، در كل بافت منتشر مي شود. از آن جايي كه اين روش نياز به مش بندي مكعبي دارد، الگوريتم مش بندي جديدي طراحي شده و به صورت برون خط اجرا مي شود. همچنين الگوريتم تشخيص برخورد براي تعيين برخورد ابزار با سلول و شناسايي سلول هدف، همراه با الگوريتم اصلي اجرا مي شود. علاوه بر موارد ذكر شده، بازخورد نيرو با استفاده از مدل نيروي فراهم شده توسط شبكه عصبي سلولي و واسط هپتيكي، به كاربر منتقل مي شود. الگوريتم پيشنهادي بر روي كبد به صورت سه بعدي و به صورت برخط پياده سازي مي شود.

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 Navier-Cauchi equations and Kelvin-Voigt 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.