發(fā)布時間：2021-09-24 09:13

　　隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展,虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用也逐漸發(fā)展起來,推動了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不斷向精準(zhǔn)化、個性化、微創(chuàng)化發(fā)展的前沿技術(shù),將醫(yī)學(xué)教學(xué)、醫(yī)學(xué)研究、臨床治療的水平向更高更遠(yuǎn)方向發(fā)展。虛擬手術(shù)對視覺、觸覺和實時交互三方面都有很高的要求,軟組織變形技術(shù)是虛擬手術(shù)模擬器研究的難點、重點技術(shù)問題。本文以胸腔鏡虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)為研究平臺,主要研究了基于位置動力學(xué)模型的軟組織變形算法。取得的主要成果包括:1.分析了傳統(tǒng)位置動力學(xué)模型的數(shù)學(xué)原理、約束條件,其約束條件主要由拉伸約束、體積約束、彎曲約束等約束函數(shù)構(gòu)成,給出了一種物理模型驅(qū)動幾何模型的軟組織變形方法;然后,給出了物理模型的生成方法、幾何模型與物理模型的耦合方法,并使用基于四面體網(wǎng)格的物理模型驅(qū)動基于三角形表面網(wǎng)格的幾何模型變形;最后,基于位置動力學(xué)易擴(kuò)展的特性,將其應(yīng)用于肺部虛擬手術(shù)中,展示了變形的效果。2.設(shè)計并實現(xiàn)了系統(tǒng)中基于力反饋設(shè)備的觸覺渲染。使用力反饋設(shè)備控制手術(shù)器械,對觸碰操作增加了觸覺編程,以及選用了碰撞檢測算法（AABB）,提高了仿真的代入感,上述算法已初步集成于胸腔鏡虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中,實現(xiàn)了具有夾取、按壓等操作以及形變效... 

【文章來源】：云南師范大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

上海交通大學(xué)虛擬血管手術(shù)系統(tǒng)

圖 2.2 虛擬手術(shù)腹腔鏡手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)西南科技大學(xué)方艷紅團(tuán)隊開發(fā)了一款遠(yuǎn)程遙控虛擬手術(shù)系統(tǒng)[9]，由遠(yuǎn)程通信擬手術(shù)場景渲染、以及遙操作控制組成，達(dá)到了讓醫(yī)生克服地域差異進(jìn)行遠(yuǎn)療培訓(xùn)及手術(shù)指導(dǎo)的目的。喬治梅森大學(xué)的 Ying 等人研發(fā)了一套用于膝關(guān)節(jié)診斷的虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以計算股骨和脛骨接觸面積以及膝關(guān)節(jié)表面載荷分布的變化。這參數(shù)的可視化可以為診斷提供進(jìn)一步的信息。手術(shù)模擬也基于三維膝關(guān)節(jié)模。以截骨術(shù)為例，在仿真手術(shù)過程中，在虛擬環(huán)境中顯示三維膝關(guān)節(jié)模型和擬切割設(shè)備。用戶可以通過導(dǎo)航切割設(shè)備切割三維膝關(guān)節(jié)模型。用戶可以在割過程中轉(zhuǎn)動膝關(guān)節(jié)模型，檢查切口路徑，在很大程度上改善了傳統(tǒng)手術(shù)在過程中無法觀測病變位置的局限性。北京航天航空大學(xué)潘俊君教授的團(tuán)隊自主研制的虛擬手術(shù)系統(tǒng)[11]，目前該術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)提供的虛擬訓(xùn)練包括基礎(chǔ)訓(xùn)練、消化外科和肝膽外科等模塊[12]，礎(chǔ)訓(xùn)練模塊主要是熟練操控力反饋設(shè)備，通過移動屏幕中虛擬的物體來適應(yīng)

球形質(zhì)點-彈簧模型[20]，該模型表面沿力的方向呈中彈簧連接的節(jié)點組成，通過虛擬做功理論，分析了，從而得到變形。實驗表明，該變形算法不僅能夠手術(shù)系統(tǒng)的高頻率和高精度。Yu 等人將質(zhì)點-彈簧模從下而上兩部分進(jìn)行仿真，這種優(yōu)點是減少了計算彈簧比傳統(tǒng)的質(zhì)點-彈簧模型更加真實[21]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于混合包圍盒與三角形相交的碰撞檢測優(yōu)化算法[J]. 孫敬榮,盧新明.  計算機(jī)工程與應(yīng)用. 2018(19)
[2]虛擬手術(shù)中質(zhì)點彈簧模型研究[J]. 高瑋.  無線互聯(lián)科技. 2018(17)
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博士論文
[1]腦外科虛擬手術(shù)中軟組織形變及撕裂模型研究[D]. 鄒艷妮.南昌大學(xué) 2016
[2]虛擬手術(shù)中軟組織形變建模方法的研究[D]. 張建國.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[3]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
[4]虛擬手術(shù)中的軟組織形變仿真算法研究[D]. 王征.東南大學(xué) 2006

碩士論文
[1]基于Unity3D的神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練軟件設(shè)計與開發(fā)[D]. 李永強.浙江工業(yè)大學(xué) 2016
[2]基于中國數(shù)字人的虛擬腹腔鏡手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)[D]. 唐江舟.華中科技大學(xué) 2016
[3]層次包圍盒碰撞檢測算法的優(yōu)化及其并行化[D]. 于凱.江蘇科技大學(xué) 2016
[4]虛擬手術(shù)仿真中軟體建模與碰撞檢測技術(shù)的研究[D]. 黃樂.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[5]基于混合包圍盒的碰撞檢測算法的優(yōu)化研究[D]. 許熠.南京理工大學(xué) 2013
[6]虛擬手術(shù)中軟組織模型形變技術(shù)研究[D]. 顧懿周.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[7]虛擬手術(shù)力反饋人機(jī)交互控制系統(tǒng)研究[D]. 王莉娟.上海交通大學(xué) 2010
[8]虛擬手術(shù)中有限元形變建模及應(yīng)用[D]. 黃鵬飛.上海交通大學(xué) 2007
[9]電視胸腔鏡的外科應(yīng)用回顧和前景展望[D]. 陶永欣.吉林大學(xué) 2006



本文編號：3407493