鉆骨是外科手術(shù)中常見而重要的操作,但這項操作風(fēng)險大、對醫(yī)生操作水平要求較高,骨科醫(yī)生必須要經(jīng)過手術(shù)訓(xùn)練,掌握精準(zhǔn)的操作手感后才能對病人進(jìn)行手術(shù)。相比于傳統(tǒng)的以尸體、動物甚至病人進(jìn)行實驗的訓(xùn)練方式,虛擬手術(shù)訓(xùn)練有著安全、高效、靈活等優(yōu)點,為醫(yī)生提升手術(shù)技能提供了新的方式。虛擬手術(shù)訓(xùn)練中最關(guān)鍵的部分是為受訓(xùn)者提供精準(zhǔn)的虛擬鉆骨力并能進(jìn)行實時的力觸覺交互。本文致力于解決此問題,設(shè)計虛擬鉆骨手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng),幫助年輕醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練:通過對鉆骨過程進(jìn)行有限元仿真和實驗分析,確定鉆骨力與主要影響因素的關(guān)系,得到關(guān)于骨密度、鉆頭鉆削速度和轉(zhuǎn)速的鉆骨力預(yù)測模型;針對骨組織不均勻特性,建立與骨密度值相關(guān)的具有獨立體素特征的骨組織模型,基于此模型設(shè)計相關(guān)的快速碰撞檢測、體素去除等算法,保證虛擬鉆骨過程中反饋力的準(zhǔn)確與穩(wěn)定;鉆骨操作進(jìn)行時,系統(tǒng)實時讀取鉆頭鉆削速度、碰撞點骨密度等,通過鉆骨力預(yù)測模型計算得到鉆骨力反饋給受訓(xùn)者,受訓(xùn)者感受到鉆骨反饋力。本文以VS2015為集成開發(fā)環(huán)境,在算法研究的基礎(chǔ)上結(jié)合開源庫CHAI 3D、OPENGL開發(fā)了虛擬鉆骨手術(shù)系統(tǒng),并將實現(xiàn)代碼整合成開源類庫。醫(yī)生通過觀看實時的手...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 虛擬鉆骨手術(shù)仿真概述
        1.2.1 虛擬鉆骨手術(shù)仿真流程
        1.2.2 虛擬鉆骨手術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排
第二章 基于體素的骨組織模型的建立
    2.1 虛擬手術(shù)的骨組織建模概述
    2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理
    2.3 體素模型的建立
        2.3.1 體素空間生成
        2.3.2 骨組織表面體素的識別
        2.3.3 骨組織內(nèi)部體素的識別
        2.3.4 骨組織外部體素的刪除
    2.4 本章小結(jié)
第三章 鉆骨力預(yù)測模型的建立
    3.1 有限元分析
        3.1.1 有限元模型的建立
        3.1.2 有限元仿真試驗結(jié)果
    3.2 鉆骨實驗分析
        3.2.1 鉆骨實驗設(shè)計
        3.2.2 實驗結(jié)果分析
    3.3 虛擬鉆骨力預(yù)測模型的建立
    3.4 本章小結(jié)
第四章 虛擬鉆骨力反饋模擬與實現(xiàn)
    4.1 鉆骨反饋力的精準(zhǔn)模擬
        4.1.1 力反饋概述
        4.1.2 碰撞檢測算法
        4.1.3 體素刪除算法
        4.1.4 力反饋小結(jié)
    4.2 視覺渲染
        4.2.1 視覺渲染概述
        4.2.2 視覺渲染優(yōu)化算法
        4.2.3 視覺渲染小結(jié)
    4.3 虛擬鉆骨手術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)與評價
        4.3.1 虛擬鉆骨手術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)
        4.3.2 虛擬鉆骨手術(shù)系統(tǒng)評價
    4.4 本章小結(jié)
第五章 全文總結(jié)與未來展望
    5.1 本文工作總結(jié)
    5.2 本文創(chuàng)新點
    5.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表的論文



本文編號：3969893