УДК [531 + 519.6] : 617

 

 

Surgical simulation provides a means for trainees to develop surgical competence that encompasses requisite knowledge, technical and cognitive skills and decision-making ability. Considering virtual-reality based surgery simulators, the key requirement is sufficiently accurate and numerically efficient computation of deformation behavior of soft tissues, which is highly nonlinear. The paper offers a simplified geometrically nonlinear corotational finite element formulation to meet the imposed requirements. The approach is used in combination with a rather simple type of finite element and an appropriate solver is chosen for fast computation of dynamical behavior. The finite element formulation is enriched with a coupled-mesh technique to enable modelling of complex geometries by relatively simple computational models. A few examples of models of internal organs are provided to discuss the aspects of the developed tools.

 

 

Коротационная формулировка метода конечных элементов для виртуальных хирургических симуляторов

Хирургическое моделирование служит инструментом для повышения компетенций хирургов, включая получение необходимых знаний, технических и когнитивных навыков, а также развитие способности принятия решений. Ключевым требованием к виртуальным хирургическим симуляторам является достаточно точный и эффективный численный расчет сильно нелинейного деформационного поведения мягких тканей. В статье предложена упрощенная геометрически нелинейная коротационная формулировка метода конечных элементов, которая удовлетворяет перечисленным требованиям. В рамках данного подхода используется простой тип конечного элемента, для быстрого расчета динамического поведения выбирается соответствующий алгоритм решения. Предлагаемая формулировка метода конечных элементов дополнена методом связанных ячеек, позволяющим моделировать объекты сложной геометрии с помощью относительно простых вычислительных моделей. На примере нескольких моделей внутренних органов рассмотрены особенности разработанных инструментов.

 

D. Marinković, M. Zehn   Corotational finite element formulation for virtual-reality based surgery simulators // Физ. мезомех. - 2017. - Т. 20. - № 5. - С. 18-25