發(fā)布時(shí)間：2017-10-16 17:01

  本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于移動(dòng)平臺(tái)的肝臟建模與形變仿真方法研究

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【摘要】：虛擬手術(shù)技術(shù)在教育教學(xué)以及手術(shù)訓(xùn)練等領(lǐng)域具有重要的實(shí)用價(jià)值。隨著醫(yī)療設(shè)備向小型化的方向發(fā)展以及智能移動(dòng)平臺(tái)的普及，將兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，構(gòu)建基于移動(dòng)平臺(tái)的虛擬手術(shù)系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。虛擬手術(shù)技術(shù)的核心是器官組織的精確建模以及柔性形變的精確模擬。如何從CT圖像中準(zhǔn)確地分割出器官組織依然是目前醫(yī)學(xué)影像分析領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)；另外，由于移動(dòng)平臺(tái)計(jì)算能力有限，圖形繪制與渲染的效率較低，，如何實(shí)現(xiàn)輕量化的碰撞檢測(cè)和柔性形變仿真依然有諸多亟待解決的問題。 本文在分析虛擬手術(shù)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了肝臟的分割建模方法、移動(dòng)平臺(tái)下的碰撞檢測(cè)方法以及器官的柔性形變仿真方法。提出了一種基于三維形變模型的肝臟分割算法，將梯度信息、Gabor信息以及氣球力引入形變模型外力的計(jì)算過程，驅(qū)動(dòng)初始模型向肝臟邊緣進(jìn)行迭代逼近從而實(shí)現(xiàn)對(duì)肝臟的分割。通過射線投射法和包圍盒樹優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬手術(shù)器械與肝臟的碰撞檢測(cè)�；谫|(zhì)點(diǎn)-彈簧模型實(shí)現(xiàn)對(duì)器官柔性形變的仿真，在移動(dòng)平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)了肝臟和虛擬手術(shù)器械交互反饋系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)。本文主要研究?jī)?nèi)容包括： （1）實(shí)現(xiàn)了肝臟的分割建模。構(gòu)建了形變模型的內(nèi)外力，通過圖像的梯度信息、Gabor信息和氣球力構(gòu)建形變模型的外力，基于待分割器官的連續(xù)性和平滑性構(gòu)建形變模型的內(nèi)力。以肝臟圖像預(yù)處理獲取的肝臟邊界作為模型的初始輪廓，在形變模型內(nèi)外力的作用下驅(qū)動(dòng)模型逼近肝臟邊緣從而實(shí)現(xiàn)對(duì)肝臟的分割與建模。 （2）提出了應(yīng)用于移動(dòng)平臺(tái)的碰撞檢測(cè)方法。建立了虛擬器械的運(yùn)動(dòng)模型，定義了虛擬運(yùn)動(dòng)的參數(shù)描述方法。將虛擬手術(shù)器械的接觸點(diǎn)簡(jiǎn)化為單一虛擬質(zhì)點(diǎn)，使用射線投射法判定實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬質(zhì)點(diǎn)與模型的碰撞檢測(cè)，同時(shí)使用包圍盒樹優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)對(duì)任意曲面模型間的結(jié)構(gòu)判定和碰撞檢測(cè)。 （3）實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)平臺(tái)下的肝臟形變仿真。使用質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型構(gòu)建肝臟的形變場(chǎng)，對(duì)模型形變區(qū)域的范圍和擴(kuò)展速度進(jìn)行優(yōu)化，減少了參與形變計(jì)算的元素?cái)?shù)目，提高了形變模型的效率。完成了移動(dòng)平臺(tái)下肝臟模型的三維渲染、碰撞檢測(cè)以及柔性形變仿真。設(shè)計(jì)了肝臟形變交互的軟件系統(tǒng)，通過藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)了該仿真系統(tǒng)與現(xiàn)有觸覺反饋硬件系統(tǒng)的集成。
【關(guān)鍵詞】：虛擬手術(shù) 移動(dòng)平臺(tái) 分割 碰撞檢測(cè) 柔性形變
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R319;TP391.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景和意義10-12
• 1.2 相關(guān)工作的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 肝臟分割12-14
• 1.2.2 軟組織形變模型14-16
• 1.3 本文的主要工作及貢獻(xiàn)16-17
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)17-18
• 第二章 基于形變模型的肝臟分割建模方法18-28
• 2.1 肝臟 CT 圖像預(yù)處理和初始輪廓提取18-22
• 2.1.1 自動(dòng)閾值分割19-20
• 2.1.2 肝臟中值濾波20-21
• 2.1.3 基于連通域的肝臟區(qū)域識(shí)別21
• 2.1.4 肝臟邊緣獲取方法21-22
• 2.2 形變模型構(gòu)建方法22-26
• 2.2.1 改進(jìn)的 Snake 模型22-23
• 2.2.2 外部能量約束模型23-25
• 2.2.3 Snake 模型求解方法25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 器械虛擬運(yùn)動(dòng)與碰撞檢測(cè)方法28-43
• 3.1 手術(shù)器械虛擬運(yùn)動(dòng)模型28-30
• 3.2 碰撞檢測(cè)方法30-38
• 3.2.1 問題描述30-32
• 3.2.2 射線投射法32-36
• 3.2.3 包圍盒樹優(yōu)化法36-38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)38-42
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果38-40
• 3.3.2 移動(dòng)平臺(tái)效率對(duì)比40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 移動(dòng)平臺(tái)下的交互反饋與應(yīng)用開發(fā)43-69
• 4.1 柔性形變仿真43-49
• 4.1.1 形變模型研究43-45
• 4.1.2 形變模型優(yōu)化45-47
• 4.1.3 柔性形變仿真流程47-49
• 4.2 柔性形變實(shí)驗(yàn)分析49-57
• 4.2.1 模型優(yōu)化效果49-51
• 4.2.2 不同參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響51-57
• 4.3 系統(tǒng)開發(fā)57-68
• 4.3.1 三維渲染模塊58-63
• 4.3.2 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)63-64
• 4.3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)64-66
• 4.3.4 系統(tǒng)應(yīng)用集成66-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第五章 總結(jié)與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-78
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單78-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 吳崢;謝叻;馬浩博;;虛擬手術(shù)實(shí)時(shí)物體碰撞檢測(cè)和軟組織變形研究[J];計(jì)算機(jī)仿真;2010年02期

2 趙新燦;左洪福;;增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望[J];航空維修與工程;2008年06期

3 郭煜;秦t

本文編號(hào)：1043828