鉆骨是外科手術中常見而重要的操作,但這項操作風險大、對醫(yī)生操作水平要求較高,骨科醫(yī)生必須要經過手術訓練,掌握精準的操作手感后才能對病人進行手術。相比于傳統(tǒng)的以尸體、動物甚至病人進行實驗的訓練方式,虛擬手術訓練有著安全、高效、靈活等優(yōu)點,為醫(yī)生提升手術技能提供了新的方式。虛擬手術訓練中最關鍵的部分是為受訓者提供精準的虛擬鉆骨力并能進行實時的力觸覺交互。本文致力于解決此問題,設計虛擬鉆骨手術訓練系統(tǒng),幫助年輕醫(yī)生進行手術訓練:通過對鉆骨過程進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系,得到關于骨密度、鉆頭鉆削速度和轉速的鉆骨力預測模型;針對骨組織不均勻特性,建立與骨密度值相關的具有獨立體素特征的骨組織模型,基于此模型設計相關的快速碰撞檢測、體素去除等算法,保證虛擬鉆骨過程中反饋力的準確與穩(wěn)定;鉆骨操作進行時,系統(tǒng)實時讀取鉆頭鉆削速度、碰撞點骨密度等,通過鉆骨力預測模型計算得到鉆骨力反饋給受訓者,受訓者感受到鉆骨反饋力。本文以VS2015為集成開發(fā)環(huán)境,在算法研究的基礎上結合開源庫CHAI 3D、OPENGL開發(fā)了虛擬鉆骨手術系統(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 虛擬鉆骨手術仿真概述
        1.2.1 虛擬鉆骨手術仿真流程
        1.2.2 虛擬鉆骨手術研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的主要內容與章節(jié)安排
第二章 基于體素的骨組織模型的建立
    2.1 虛擬手術的骨組織建模概述
    2.2 數(shù)據預處理
    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
第三章 鉆骨力預測模型的建立
    3.1 有限元分析
        3.1.1 有限元模型的建立
        3.1.2 有限元仿真試驗結果
    3.2 鉆骨實驗分析
        3.2.1 鉆骨實驗設計
        3.2.2 實驗結果分析
    3.3 虛擬鉆骨力預測模型的建立
    3.4 本章小結
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
    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
    4.3 虛擬鉆骨手術系統(tǒng)實現(xiàn)與評價
        4.3.1 虛擬鉆骨手術系統(tǒng)實現(xiàn)
        4.3.2 虛擬鉆骨手術系統(tǒng)評價
    4.4 本章小結
第五章 全文總結與未來展望
    5.1 本文工作總結
    5.2 本文創(chuàng)新點
    5.3 研究展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間已發(fā)表的論文



本文編號：3969893