發(fā)布時(shí)間：2017-05-13 23:10

  本文關(guān)鍵詞：虛擬膝關(guān)節(jié)鏡游離體摘除術(shù)的夾持預(yù)判與仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在膝關(guān)節(jié)傷病治療中,游離體摘除術(shù)是較為常見(jiàn),也是最適合關(guān)節(jié)鏡下處理的膝關(guān)節(jié)手術(shù)之一。但是膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)操作難度高、培訓(xùn)手段缺乏且周期長(zhǎng),使得其普及受到限制。傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)培訓(xùn)有成本高、可重復(fù)使用率低等缺點(diǎn),由于虛擬手術(shù)系統(tǒng)具有視覺(jué)模擬、人機(jī)交互,甚至力覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)反饋等功能,該仿真系統(tǒng)的出現(xiàn)一定程度上緩解了培訓(xùn)醫(yī)生的問(wèn)題。對(duì)于膝關(guān)節(jié)鏡游離體摘除術(shù),最為關(guān)鍵的步驟就是夾持游離體并移出體外。為了在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中提高視覺(jué)仿真的逼真度、完善行為模型以及改善實(shí)時(shí)性和精確性相矛盾的問(wèn)題,本文以膝關(guān)節(jié)鏡游離體摘除術(shù)為研究對(duì)象,對(duì)虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)系統(tǒng)中的視覺(jué)和碰撞模型的建立、實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)以及夾持預(yù)判等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)人體膝部三維模型重建。本文使用人體膝關(guān)節(jié)MRI醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)序列圖像,進(jìn)行圖像預(yù)處理、圖像分割和三維重建,并對(duì)重建模型進(jìn)行表面光滑處理和網(wǎng)格劃分。對(duì)游離體標(biāo)本圖像進(jìn)行橢圓擬合,建立橢圓體的視覺(jué)和碰撞模型能夠滿足游離體摘除術(shù)中游離體的仿真模擬。所建立的視覺(jué)和力學(xué)模型較真實(shí)地放映現(xiàn)實(shí),提高了虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中的沉浸感。(2)碰撞分析。通過(guò)假設(shè)游離體為剛體可平移的橢圓體,對(duì)虛擬膝關(guān)節(jié)游離體和手術(shù)器械進(jìn)行夾取動(dòng)作分析和碰撞分析。采用基于點(diǎn)、線、面和AABB包圍盒混合的光線跟蹤碰撞檢測(cè)算法,并使用八叉樹(shù)建立包圍盒。進(jìn)行游離體與藍(lán)鉗的碰撞響應(yīng)分析,反饋出碰撞點(diǎn)和碰撞力信息。采用的混合碰撞檢測(cè)算法提高了運(yùn)算速度,改善了碰撞檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性；碰撞響應(yīng)算法反饋的信息為下一步預(yù)判提供了基礎(chǔ)。(3)夾持預(yù)判。根據(jù)夾取的碰撞檢測(cè)算法判斷出夾取虛擬游離體成功后,并以游離體與藍(lán)鉗碰撞響應(yīng)所反饋的碰撞點(diǎn)和碰撞力的信息,在手術(shù)中靜止平衡狀態(tài)下對(duì)藍(lán)鉗夾取游離體進(jìn)行受力分析,實(shí)現(xiàn)游離體夾持是否成功的預(yù)判算法,提高了虛擬膝關(guān)節(jié)鏡游離體摘除術(shù)培訓(xùn)醫(yī)生手術(shù)操作的可行性。(4)實(shí)驗(yàn)仿真�；谝陨涎芯块_(kāi)發(fā)一個(gè)原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),本文通過(guò)醫(yī)學(xué)仿真軟件SOFA開(kāi)發(fā)的一個(gè)帶有力反饋虛擬膝關(guān)節(jié)鏡游離體摘除術(shù)系統(tǒng),對(duì)游離體夾取的碰撞檢測(cè)和夾持預(yù)判進(jìn)行檢驗(yàn)。手術(shù)系統(tǒng)仿真過(guò)程具有可操作性,能夠?qū)崿F(xiàn)游離體夾持預(yù)判的仿真,能夠滿足游離體摘除術(shù)培訓(xùn)的基本需要。
【關(guān)鍵詞】：虛擬手術(shù) 膝關(guān)節(jié)鏡 游離體 碰撞檢測(cè) 夾持預(yù)判
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.9;R684
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 選題背景與研究意義13-15
• 1.2 虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)15-18
• 1.2.1 虛擬手術(shù)系統(tǒng)15-17
• 1.2.2 膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)17-18
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-23
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容23-24
• 1.5 課題來(lái)源24-25
• 第二章 虛擬膝部模型的建立25-41
• 2.1 膝關(guān)節(jié)醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)25-27
• 2.2 膝關(guān)節(jié)模型的建立27-33
• 2.2.1 膝關(guān)節(jié)三維重建27-31
• 2.2.2 三維模型的表面處理31-33
• 2.3 游離體模型的建立33-39
• 2.3.1 游離體34-35
• 2.3.2 橢圓擬合的方法35
• 2.3.3 擬合游離體35-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第三章 游離體夾取碰撞分析41-52
• 3.1 常見(jiàn)碰撞檢測(cè)算法41-45
• 3.2 游離體碰撞檢測(cè)的算法選定45-50
• 3.2.1 碰撞系統(tǒng)的一般框架45
• 3.2.2 夾取游離體的碰撞分析45-48
• 3.2.3 選定碰撞檢測(cè)的方法48-50
• 3.3 虛擬手術(shù)中碰撞響應(yīng)50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 手術(shù)中游離體的夾持預(yù)判52-59
• 4.1 夾取動(dòng)作的判斷52-53
• 4.2 游離體夾取的動(dòng)作分析53-54
• 4.3 夾取游離體的受力分析54-56
• 4.3.1 垂直夾取55
• 4.3.2 其它角度夾取55-56
• 4.4 游離體夾持預(yù)判56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 虛擬游離體摘除術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)59-70
• 5.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)59-60
• 5.1.1 功能設(shè)計(jì)59
• 5.1.2 系統(tǒng)框架59-60
• 5.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)60-66
• 5.2.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境60-61
• 5.2.2 SOFA仿真框架61-62
• 5.2.3 界面設(shè)計(jì)62-64
• 5.2.4 手術(shù)模型的導(dǎo)入64-66
• 5.3 功能實(shí)現(xiàn)66-69
• 5.3.1 模型讀寫(xiě)66
• 5.3.2 功能實(shí)現(xiàn)66-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 總結(jié)與展望70-72
• 全文總結(jié)70-71
• 工作展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文78-80
• 致謝80

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本文編號(hào)：363832