虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality,VR)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,相比于傳統(tǒng)培養(yǎng)外科醫(yī)生的方法,虛擬手術(shù)具有低成本、高效率、不受時(shí)間和空間限制等優(yōu)點(diǎn)。虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)建立一個(gè)與真實(shí)手術(shù)場(chǎng)景相同的虛擬環(huán)境,在這個(gè)環(huán)境下,醫(yī)生可以制定和完善術(shù)前方案、規(guī)劃術(shù)中路徑、培養(yǎng)手術(shù)技能,練習(xí)真實(shí)手術(shù)過程中的擠壓、拉伸、切割、摘除等操作,還能對(duì)術(shù)中流血做抽吸處理。目前虛擬手術(shù)的研究已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和重視,不同類型的系統(tǒng)和功能模塊日漸完善,但是由于撕裂模塊與流血模塊對(duì)實(shí)時(shí)性和逼真度要求較高,在真實(shí)手術(shù)中,軟組織的撕裂與流血往往是伴隨發(fā)生,撕裂的位置和血管的破壞直接影響流血的狀態(tài),然而差異較大的物理模型導(dǎo)致兩個(gè)模塊的連接難以實(shí)現(xiàn)。針對(duì)以上問題,本文提出了改進(jìn)的撕裂與流血模型,以肝臟組織的切割仿真為例,同時(shí)提高視覺和觸覺的逼真度,實(shí)現(xiàn)兩模塊在虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中的結(jié)合,增強(qiáng)用戶的沉浸感,主要完成的研究工作如下:建立能夠準(zhǔn)確表達(dá)軟組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維模型。針對(duì)基于面繪制的重建方法存在的內(nèi)部信息缺失問題,提出基于改進(jìn)光線投射算法的軟組織三維重建,從真實(shí)病人的CT/M...

【文章頁數(shù)】：157 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)的背景
        1.1.2 選題的研究意義
    1.2 虛擬手術(shù)的研究綜述
        1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 虛擬手術(shù)存在問題
    1.4 主要研究?jī)?nèi)容與論文組織結(jié)構(gòu)
2 虛擬軟組織的三維重建
    2.1 軟組織重建的概述
        2.1.1 引言
        2.1.2 繪制算法的介紹與分析
        2.1.3 軟組織重建問題與改進(jìn)
    2.2 基于體繪制的三維重建
        2.2.1 體素與體紋理
        2.2.2 光線投射算法的原理與應(yīng)用
    2.3 改進(jìn)光線投射算法重建軟組織模型
    2.4 三維重建的仿真結(jié)果與分析
    2.5 本章小結(jié)
3 基于改進(jìn)幾何模型和無網(wǎng)格法的撕裂模型
    3.1 撕裂模型的概述及問題分析
        3.1.1 引言
        3.1.2 現(xiàn)有切割仿真技術(shù)探討
        3.1.3 切割仿真問題與改進(jìn)
    3.2 改進(jìn)切口邊界
        3.2.1 Bézier曲線的計(jì)算
        3.2.2 基于Bézier曲線的切口邊界優(yōu)化
    3.3 基于體繪制的切割仿真
    3.4 虛擬軟組織物理模型的研究
        3.4.1 基于無網(wǎng)格法的物理模型
        3.4.2 多維參數(shù)在觸覺反饋中的應(yīng)用
    3.5 切割仿真的結(jié)果與分析
    3.6 本章小結(jié)
4 流血仿真物理模型的研究
    4.1 流血仿真物理模型概述
        4.1.1 引言
        4.1.2 經(jīng)典流體建模方法及其對(duì)比分析
        4.1.3 流血仿真物理模型問題與改進(jìn)
    4.2 基于Navier-Stokes(N-S)方程的物理模型
        4.2.1 Navier-Stokes(N-S)方程的基本原理
        4.2.2 歐拉法求解N-S方程
        4.2.3 拉格朗日法求解N-S方程
    4.3 改進(jìn)N-S方程的求解過程
    4.4 流血仿真的算法實(shí)現(xiàn)和結(jié)果分析
        4.4.1 流血仿真的算法實(shí)現(xiàn)
        4.4.2 流血仿真的結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
5 血液流動(dòng)與噴涌仿真的繪制算法研究
    5.1 流血仿真的渲染技術(shù)探討
        5.1.1 光線追蹤算法
        5.1.2 屏幕域拋雪球算法
        5.1.3 Marching Cubes算法
        5.1.4 流血仿真繪制算法問題與改進(jìn)
    5.2 基于改進(jìn)Marching Cubes算法的流血仿真
        5.2.1 基于Marching Cubes算法的表面重建
        5.2.2 改進(jìn)Marching Cubes算法的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)
    5.3 基于MDR算法的流血仿真
        5.3.1 通過粒子追蹤流血表面
        5.3.2 基于MDR算法的人機(jī)交互
        5.3.3 光照模型
    5.4 試驗(yàn)結(jié)果及其分析
    5.5 本章小結(jié)
6 撕裂與流血模塊在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
    6.1 引言
    6.2 虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)
        6.2.1 系統(tǒng)模塊的介紹
        6.2.2 手術(shù)器械的表示
    6.3 軟組織撕裂與流血模塊的結(jié)合
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論與創(chuàng)新成果
    7.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
附錄 :虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)硬件平臺(tái)
作者簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
    一、作者個(gè)人簡(jiǎn)歷
    二、發(fā)表論文情況
    三、參與科研項(xiàng)目
    四、主要獲獎(jiǎng)情況
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號(hào)：3841959