学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

虚拟手术培训系统关键技术研究

作　者: 徐飞
导　师: 王全玉
学　校: 北京理工大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 虚拟手术碰撞检测软组织变形切割
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 121次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

虚拟手术(Virtual Surgery)培训系统是虚拟现实技术在现代医学中的应用,是专门用来模拟在手术过程可能遇到各种现象的虚拟现实(Virtual Reality)应用系统。它通过对医生手术操作过程中的整个流程进行模拟,来实现对医生的虚拟培训。一套完整的手术仿真系统所要实现的功能包括模型的构建、碰撞检测技术的实现、手术刀对软组织的切割、缝合、变形和真实感渲染方面的研究。该培训系统是基于SOFA仿真框架来进行研发。首先对系统要用到的手术器械和软组织模型进行建模,每个模型都由碰撞模型、行为模型、可视模型组成,三种模型之间的联系是通过映射机制来实现的。其中碰撞模型负责场景中的模型(如手术刀与软组织)在运动过程中碰撞检测部分,而碰撞模型的精确性,直接影响变形与切割的真实性。模型之间发生碰撞后,通过映射反应到行为模型上,行为模型主要实现力的计算、物体重力和质量、各种算法等。行为模型通过计算,把信息映射到可视模型上,可视模型主要负责信息的显示,通过它把信息反馈到操作者。模型构建完成后,就可以加载到场景当中。由于碰撞模型由球体体素组成,所以,通过光线跟踪算法来实现模型之间的碰撞检测。为了简化计算量,行为模型在实现变形时是通过弹簧-质子算法来实现计算的。切割操作是培训系统的一项关键技术,系统采用的是基于四面体的最小单元分裂的切割算法。切割发生后,通过对交点进行计算,然后,通过改变几何模型相关的数据结构来完成软组织拓扑结构的改变,通过映射反馈到可视模型上。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-16
  1.1 虚拟手术培训系统的简介与应用  7-8
  1.2 虚拟手术系统的发展框架  8-9
  1.3 虚拟手术培训系统构成  9-11
    1.3.1 硬件组成  9-10
    1.3.2 软件功能模块  10-11
  1.4 虚拟手术系统研究现状  11-13
  1.5 虚拟手术系统的开发环境  13-16
第2章虚拟手术中的模型构建  16-24
  2.1 数据结构  17-19
  2.2 模型的构建  19-21
    2.2.1 碰撞模型  19-20
    2.2.2 行为模型  20
    2.2.3 可视模型  20-21
  2.3 模型组织  21-23
  2.4 小结  23-24
第3章虚拟手术中的碰撞检测  24-36
  3.1 碰撞检测的特点  24-26
  3.2 光线跟踪算法  26-32
    3.2.1 光线跟踪原理  26-30
    3.2.2 光线跟踪算法实现  30-32
  3.3 光线跟踪在虚拟手术中的应用  32-34
  3.4 小结  34-36
第4章软组织的切割仿真  36-53
  4.1 切割条件  36-37
  4.2 切割算法  37-39
  4.3 切割过程中的变形仿真  39-44
    4.3.1 变形原理  39-40
    4.3.2 力的计算  40-44
  4.4 四面体切割  44-52
    4.4.1 四面体分裂原理  44-46
    4.4.2 最少四面体单元分裂法  46-52
  4.5 小结  52-53
第5章实验结果与展示  53-60
  5.1 实验运行环境  53
  5.2 建模过程  53-56
  5.3 系统运行图  56-60
总结与展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65

虚拟手术培训系统关键技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文