虛擬手術(shù)作為新型的外科手術(shù)輔助技術(shù),在新手醫(yī)生教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、術(shù)中導(dǎo)航以及術(shù)后康復(fù)等方面發(fā)揮著重要作用,可以減少醫(yī)務(wù)人員的培訓(xùn)費(fèi)用并極大地提高外科手術(shù)的成功率,因此虛擬手術(shù)的研究具有廣闊的應(yīng)用前景,正成為研究熱點(diǎn)和前沿課題。虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)功能模塊眾多,其中實(shí)時(shí)形變模擬是虛擬手術(shù)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分,需要同時(shí)滿足視覺逼真、模型形變真實(shí)和實(shí)時(shí)交互的要求,是研究中急需解決的難點(diǎn)問題。因此本文重點(diǎn)圍繞虛擬手術(shù)的軟組織建模方法和實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)展開深入研究,并搭建虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容如下:（1）軟組織幾何建模方面,采用面模型與體模型耦合的方法建立幾何模型。高精度的表面三角形面網(wǎng)格用于視覺渲染,表達(dá)器官模型更加真實(shí)的紋理細(xì)節(jié)等。基于Delaunay網(wǎng)格剖分算法將軟組織簡化后的面模型劃分成四面體網(wǎng)格,四面體網(wǎng)格用于形變計(jì)算,以體現(xiàn)軟組織的物理特性,并給出了面模型與體模型耦合的方法。最后對(duì)軟組織形變建模方法歸納總結(jié),比較其各自優(yōu)缺點(diǎn),為軟組織的形變建模奠定基礎(chǔ)。（2）采用位置動(dòng)力學(xué)的算法對(duì)軟組織形變建模。首先分析位置動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)學(xué)原理、具體算法,推導(dǎo)了算法約束條件;通過賦予體模型拉伸約束... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

虛擬血管操作手術(shù)系統(tǒng)

第1章緒論3術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)，如圖1.2所示，采用空間質(zhì)量彈簧網(wǎng)絡(luò)模擬軟組織形變，微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練器為變形物體提供了多個(gè)外科交互模塊，如抓娶夾持、切割、凝固、注射以及縫合等，該仿真系統(tǒng)已成功應(yīng)用于婦科、腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練中[9]。圖1.2腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)Fig.1.2Laparoscopicminimallyinvasivesurgerytrainingsystem2010年，法國國家信息和自動(dòng)化研究所（INRIA）的研究小組研發(fā)了虛擬肝臟切割手術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以模擬真實(shí)的軟組織變形、切割和以及復(fù)雜的觸覺變化，如圖1.3所示是通過觸覺裝置對(duì)肝臟進(jìn)行切除手術(shù)的實(shí)時(shí)仿真，在交互過程中，肝臟可能與肋骨、結(jié)腸或胃接觸，觸覺裝置能夠提供不同的觸覺體驗(yàn)，不足之處是沒有解決切割時(shí)單元細(xì)分會(huì)產(chǎn)生病態(tài)單元，從而導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定的問題[10]。圖1.3肝臟抓取與切割手術(shù)仿真Fig.1.3Simulationoflivergrabbingandcuttingoperation日本東京慈恵醫(yī)科大學(xué)SuzukiS等人提出了填充球模型（Sphere-filledModel，SFM）模擬人體軟組織彈性器官，SFM的實(shí)質(zhì)是在模型內(nèi)部填充統(tǒng)一半徑的剛性小球，該模型適用于實(shí)時(shí)模擬和定量變形[11]。此外，通過連接力反饋裝置使仿真具有觸覺和力感，可以進(jìn)行各種涉及按壓、提拉或切開器官表面的物理操作，然而SFM的形變效果受填充球初始位置的設(shè)置方式影響較大，如圖1.4所示。

第1章緒論3術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)，如圖1.2所示，采用空間質(zhì)量彈簧網(wǎng)絡(luò)模擬軟組織形變，微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練器為變形物體提供了多個(gè)外科交互模塊，如抓娶夾持、切割、凝固、注射以及縫合等，該仿真系統(tǒng)已成功應(yīng)用于婦科、腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練中[9]。圖1.2腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)Fig.1.2Laparoscopicminimallyinvasivesurgerytrainingsystem2010年，法國國家信息和自動(dòng)化研究所（INRIA）的研究小組研發(fā)了虛擬肝臟切割手術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以模擬真實(shí)的軟組織變形、切割和以及復(fù)雜的觸覺變化，如圖1.3所示是通過觸覺裝置對(duì)肝臟進(jìn)行切除手術(shù)的實(shí)時(shí)仿真，在交互過程中，肝臟可能與肋骨、結(jié)腸或胃接觸，觸覺裝置能夠提供不同的觸覺體驗(yàn)，不足之處是沒有解決切割時(shí)單元細(xì)分會(huì)產(chǎn)生病態(tài)單元，從而導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定的問題[10]。圖1.3肝臟抓取與切割手術(shù)仿真Fig.1.3Simulationoflivergrabbingandcuttingoperation日本東京慈恵醫(yī)科大學(xué)SuzukiS等人提出了填充球模型（Sphere-filledModel，SFM）模擬人體軟組織彈性器官，SFM的實(shí)質(zhì)是在模型內(nèi)部填充統(tǒng)一半徑的剛性小球，該模型適用于實(shí)時(shí)模擬和定量變形[11]。此外，通過連接力反饋裝置使仿真具有觸覺和力感，可以進(jìn)行各種涉及按壓、提拉或切開器官表面的物理操作，然而SFM的形變效果受填充球初始位置的設(shè)置方式影響較大，如圖1.4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)綜述[J]. 楊歡,劉小玲.  軟件導(dǎo)刊. 2016(04)
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[3]膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用效果評(píng)估[J]. 高原,譚珂,潘新華,李眾利,劉玉杰,王志剛,戴偉,朱娟麗.  解放軍醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào). 2013(03)
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[10]耳三維重建及虛擬內(nèi)窺鏡[J]. 邱明國,張紹祥,劉正津,譚立文,王欲甦,鄧俊輝,唐澤圣.  第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(07)

博士論文
[1]虛擬手術(shù)中軟組織形變與切割技術(shù)研究[D]. 朱玲.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[2]虛擬手術(shù)仿真中軟組織實(shí)時(shí)形變模型的研究[D]. 徐少平.南昌大學(xué) 2010
[3]虛擬現(xiàn)實(shí)中碰撞檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王祎.吉林大學(xué) 2009

碩士論文
[1]三維空間Delaunay網(wǎng)格剖分技術(shù)的研究[D]. 周曉.天津大學(xué) 2016
[2]面向虛擬手術(shù)的雙目立體顯示系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 范程.南昌大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3353235