虚拟胸腔镜手术肺部形变和力反馈模型仿真研究
发布时间：2021-09-24 09:13
随着虚拟现实技术的不断发展,虚拟现实在医学上的应用也逐渐发展起来,推动了现代医学不断向精准化、个性化、微创化发展的前沿技术,将医学教学、医学研究、临床治疗的水平向更高更远方向发展。虚拟手术对视觉、触觉和实时交互三方面都有很高的要求,软组织变形技术是虚拟手术模拟器研究的难点、重点技术问题。本文以胸腔镜虚拟手术训练系统为研究平台,主要研究了基于位置动力学模型的软组织变形算法。取得的主要成果包括:1.分析了传统位置动力学模型的数学原理、约束条件,其约束条件主要由拉伸约束、体积约束、弯曲约束等约束函数构成,给出了一种物理模型驱动几何模型的软组织变形方法;然后,给出了物理模型的生成方法、几何模型与物理模型的耦合方法,并使用基于四面体网格的物理模型驱动基于三角形表面网格的几何模型变形;最后,基于位置动力学易扩展的特性,将其应用于肺部虚拟手术中,展示了变形的效果。2.设计并实现了系统中基于力反馈设备的触觉渲染。使用力反馈设备控制手术器械,对触碰操作增加了触觉编程,以及选用了碰撞检测算法（AABB）,提高了仿真的代入感,上述算法已初步集成于胸腔镜虚拟手术训练系统中,实现了具有夹取、按压等操作以及形变效...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上海交通大学虚拟血管手术系统
图 2.2 虚拟手术腹腔镜手术培训系统西南科技大学方艳红团队开发了一款远程遥控虚拟手术系统[9]，由远程通信拟手术场景渲染、以及遥操作控制组成，达到了让医生克服地域差异进行远疗培训及手术指导的目的。乔治梅森大学的 Ying 等人研发了一套用于膝关节诊断的虚拟手术训练系统，该系统可以计算股骨和胫骨接触面积以及膝关节表面载荷分布的变化。这参数的可视化可以为诊断提供进一步的信息。手术模拟也基于三维膝关节模。以截骨术为例，在仿真手术过程中，在虚拟环境中显示三维膝关节模型和拟切割设备。用户可以通过导航切割设备切割三维膝关节模型。用户可以在割过程中转动膝关节模型，检查切口路径，在很大程度上改善了传统手术在过程中无法观测病变位置的局限性。北京航天航空大学潘俊君教授的团队自主研制的虚拟手术系统[11]，目前该术训练系统提供的虚拟训练包括基础训练、消化外科和肝胆外科等模块[12]，础训练模块主要是熟练操控力反馈设备，通过移动屏幕中虚拟的物体来适应
球形质点-弹簧模型[20]，该模型表面沿力的方向呈中弹簧连接的节点组成，通过虚拟做功理论，分析了，从而得到变形。实验表明，该变形算法不仅能够手术系统的高频率和高精度。Yu 等人将质点-弹簧模从下而上两部分进行仿真，这种优点是减少了计算弹簧比传统的质点-弹簧模型更加真实[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合包围盒与三角形相交的碰撞检测优化算法[J]. 孙敬荣,卢新明. 计算机工程与应用. 2018(19)
[2]虚拟手术中质点弹簧模型研究[J]. 高玮. 无线互联科技. 2018(17)
[3]基于OBB包围盒碰撞检测算法的改进[J]. 刘超,蒋夏军,施慧彬. 计算机技术与发展. 2018(06)
[4]一种胆囊切除虚拟手术仿真训练平台研究[J]. 汪军,刘冬. 系统仿真学报. 2016(08)
[5]基于力反馈的虚拟装配培训系统实现[J]. 姜伟,郑津津,王伟. 工业控制计算机. 2016(07)
[6]全胸腔镜下手术治疗肺隔离症的疗效分析[J]. 范宜楚,迟明友,汪笑冬,孙大强. 天津医科大学学报. 2016(04)
[7]基于无网格的软组织物理建模及模型验证[J]. 邹艳妮,刘小平,李春泉,程强强. 计算机应用研究. 2016(05)
[8]基于包围盒和空间分解的碰撞检测算法[J]. 宋城虎,闵林,朱琳,郭拯危. 计算机技术与发展. 2014(01)
[9]基于包围盒法的碰撞检测算法研究[J]. 张义,汪瑾,庞昊瑾,陈丽红,卫嵬. 电脑开发与应用. 2013(10)
[10]虚拟手术中软组织形变建模及力反馈算法研究[J]. 陈卫东,赵成龙,朱奇光,关永贞. 中国生物医学工程学报. 2013(01)
博士论文
[1]脑外科虚拟手术中软组织形变及撕裂模型研究[D]. 邹艳妮.南昌大学 2016
[2]虚拟手术中软组织形变建模方法的研究[D]. 张建国.哈尔滨工程大学 2016
[3]虚拟手术中软组织形变与切割技术研究[D]. 朱玲.哈尔滨工程大学 2012
[4]虚拟手术中的软组织形变仿真算法研究[D]. 王征.东南大学 2006
硕士论文
[1]基于Unity3D的神经外科虚拟手术训练软件设计与开发[D]. 李永强.浙江工业大学 2016
[2]基于中国数字人的虚拟腹腔镜手术培训系统[D]. 唐江舟.华中科技大学 2016
[3]层次包围盒碰撞检测算法的优化及其并行化[D]. 于凯.江苏科技大学 2016
[4]虚拟手术仿真中软体建模与碰撞检测技术的研究[D]. 黄乐.哈尔滨工程大学 2016
[5]基于混合包围盒的碰撞检测算法的优化研究[D]. 许熠.南京理工大学 2013
[6]虚拟手术中软组织模型形变技术研究[D]. 顾懿周.哈尔滨工程大学 2011
[7]虚拟手术力反馈人机交互控制系统研究[D]. 王莉娟.上海交通大学 2010
[8]虚拟手术中有限元形变建模及应用[D]. 黄鹏飞.上海交通大学 2007
[9]电视胸腔镜的外科应用回顾和前景展望[D]. 陶永欣.吉林大学 2006
本文编号：3407493
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上海交通大学虚拟血管手术系统
图 2.2 虚拟手术腹腔镜手术培训系统西南科技大学方艳红团队开发了一款远程遥控虚拟手术系统[9]，由远程通信拟手术场景渲染、以及遥操作控制组成，达到了让医生克服地域差异进行远疗培训及手术指导的目的。乔治梅森大学的 Ying 等人研发了一套用于膝关节诊断的虚拟手术训练系统，该系统可以计算股骨和胫骨接触面积以及膝关节表面载荷分布的变化。这参数的可视化可以为诊断提供进一步的信息。手术模拟也基于三维膝关节模。以截骨术为例，在仿真手术过程中，在虚拟环境中显示三维膝关节模型和拟切割设备。用户可以通过导航切割设备切割三维膝关节模型。用户可以在割过程中转动膝关节模型，检查切口路径，在很大程度上改善了传统手术在过程中无法观测病变位置的局限性。北京航天航空大学潘俊君教授的团队自主研制的虚拟手术系统[11]，目前该术训练系统提供的虚拟训练包括基础训练、消化外科和肝胆外科等模块[12]，础训练模块主要是熟练操控力反馈设备，通过移动屏幕中虚拟的物体来适应
球形质点-弹簧模型[20]，该模型表面沿力的方向呈中弹簧连接的节点组成，通过虚拟做功理论，分析了，从而得到变形。实验表明，该变形算法不仅能够手术系统的高频率和高精度。Yu 等人将质点-弹簧模从下而上两部分进行仿真，这种优点是减少了计算弹簧比传统的质点-弹簧模型更加真实[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合包围盒与三角形相交的碰撞检测优化算法[J]. 孙敬荣,卢新明. 计算机工程与应用. 2018(19)
[2]虚拟手术中质点弹簧模型研究[J]. 高玮. 无线互联科技. 2018(17)
[3]基于OBB包围盒碰撞检测算法的改进[J]. 刘超,蒋夏军,施慧彬. 计算机技术与发展. 2018(06)
[4]一种胆囊切除虚拟手术仿真训练平台研究[J]. 汪军,刘冬. 系统仿真学报. 2016(08)
[5]基于力反馈的虚拟装配培训系统实现[J]. 姜伟,郑津津,王伟. 工业控制计算机. 2016(07)
[6]全胸腔镜下手术治疗肺隔离症的疗效分析[J]. 范宜楚,迟明友,汪笑冬,孙大强. 天津医科大学学报. 2016(04)
[7]基于无网格的软组织物理建模及模型验证[J]. 邹艳妮,刘小平,李春泉,程强强. 计算机应用研究. 2016(05)
[8]基于包围盒和空间分解的碰撞检测算法[J]. 宋城虎,闵林,朱琳,郭拯危. 计算机技术与发展. 2014(01)
[9]基于包围盒法的碰撞检测算法研究[J]. 张义,汪瑾,庞昊瑾,陈丽红,卫嵬. 电脑开发与应用. 2013(10)
[10]虚拟手术中软组织形变建模及力反馈算法研究[J]. 陈卫东,赵成龙,朱奇光,关永贞. 中国生物医学工程学报. 2013(01)
博士论文
[1]脑外科虚拟手术中软组织形变及撕裂模型研究[D]. 邹艳妮.南昌大学 2016
[2]虚拟手术中软组织形变建模方法的研究[D]. 张建国.哈尔滨工程大学 2016
[3]虚拟手术中软组织形变与切割技术研究[D]. 朱玲.哈尔滨工程大学 2012
[4]虚拟手术中的软组织形变仿真算法研究[D]. 王征.东南大学 2006
硕士论文
[1]基于Unity3D的神经外科虚拟手术训练软件设计与开发[D]. 李永强.浙江工业大学 2016
[2]基于中国数字人的虚拟腹腔镜手术培训系统[D]. 唐江舟.华中科技大学 2016
[3]层次包围盒碰撞检测算法的优化及其并行化[D]. 于凯.江苏科技大学 2016
[4]虚拟手术仿真中软体建模与碰撞检测技术的研究[D]. 黄乐.哈尔滨工程大学 2016
[5]基于混合包围盒的碰撞检测算法的优化研究[D]. 许熠.南京理工大学 2013
[6]虚拟手术中软组织模型形变技术研究[D]. 顾懿周.哈尔滨工程大学 2011
[7]虚拟手术力反馈人机交互控制系统研究[D]. 王莉娟.上海交通大学 2010
[8]虚拟手术中有限元形变建模及应用[D]. 黄鹏飞.上海交通大学 2007
[9]电视胸腔镜的外科应用回顾和前景展望[D]. 陶永欣.吉林大学 2006
本文编号：3407493
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