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A Real-time Cutting Model Based on Finite Element and Order Reduction

有限元法 模型降阶 还原(数学) 计算机科学 模拟 投影(关系代数) 交叉口(航空) 算法 工程类 结构工程 数学 几何学 航空航天工程
作者
Xiaorui Zhang,Wenzheng Zhang,Wei Sun,Hailun Wu,Aiguo Song,Sunil Kumar Jha
出处
期刊:Computer systems science and engineering [Computers, Materials and Continua (Tech Science Press)]
卷期号:43 (1): 1-15 被引量:23
标识
DOI:10.32604/csse.2022.024950
摘要

Telemedicine plays an important role in Corona Virus Disease 2019 (COVID-19). The virtual surgery simulation system, as a key component in telemedicine, requires to compute in real-time. Therefore, this paper proposes a real-time cutting model based on finite element and order reduction method, which improves the computational speed and ensure the real-time performance. The proposed model uses the finite element model to construct a deformation model of the virtual lung. Meanwhile, a model order reduction method combining proper orthogonal decomposition and Galerkin projection is employed to reduce the amount of deformation computation. In addition, the cutting path is formed according to the collision intersection position of the surgical instrument and the lesion area of the virtual lung. Then, the Bezier curve is adopted to draw the incision outline after the virtual lung has been cut. Finally, the simulation system is set up on the PHANTOM OMNI force haptic feedback device to realize the cutting simulation of the virtual lung. Experimental results show that the proposed model can enhance the real-time performance of telemedicine, reduce the complexity of the cutting simulation and make the incision smoother and more natural.
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