面向虚拟手术的软组织建模技术与碰撞检测算法研究
发布时间：2022-10-23 18:35
虚拟手术是虚拟现实技术在医学领域的典型应用,在医疗培训、手术规划、术中导航等多方面可以帮助提高手术成功率,降低医疗成本,正成为医疗领域的研究热点和前沿课题。虚拟手术仿真系统的建立涉及到多种学科的交叉和渗透,研究难度较大,很多功能模块还不够完善。本文紧紧围绕虚拟手术仿真系统中的关键技术,重点研究软组织建模方法及碰撞检测算法两个核心模块,在满足系统实时性的条件下,提高软组织模型变形精度。对软组织的生物力学特性进行研究,重点分析其中的粘弹性特性,将粘弹性理论作为软组织建模依据;采用面模型与四面体网格单元相辅相成的方法建立几何模型,面模型覆盖在外表面用于视觉渲染,四面体网格单元用于物理模型的骨架支撑,使模型具有更好的视觉效果以及形变效果,增强了模型的逼真度;对软组织物理建模方法归纳总结,为软组织模型优化奠定基础。针对软组织模型粘弹性表现不足的问题,基于四面体网格拓扑结构,将三参量粘弹结构与填充球模型相结合,提出软组织粘弹性混合填充球模型。该模型是将填充球体布置在四面体网格顶点处,三参量粘弹结构连接相邻的填充球,构成四面体四条边,表现出了模型的“体”特性。该方法解决了传统质点-弹簧模型塌陷失真、...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究目的与意义
1.2 虚拟手术国内外研究现状
1.2.1 虚拟手术国外研究现状
1.2.2 虚拟手术国内研究现状
1.3 虚拟手术仿真系统关键技术
1.4 论文主要研究目标与内容
1.4.1 虚拟手术关键技术问题
1.4.2 论文主要研究内容
第2章 软组织建模技术研究
2.1 引言
2.2 生物力学特性分析
2.2.1 生物力学特性概述
2.2.2 粘弹性理论研究
2.3 几何建模技术研究
2.3.1 几何建模理论概述
2.3.2 Tetgen算法研究
2.4 软组织形变建模技术研究
2.4.1 基于几何方法建模
2.4.2 基于物理方法建模
2.5 本章小结
第3章 基于软组织粘弹性的混合填充球建模
3.1 引言
3.2 软组织粘弹性混合填充球模型构建
3.2.1 模型总体架构
3.2.2 小变形受力分析
3.2.3 本构方程建立
3.3 虚拟肝脏建模示例
3.3.1 肝脏几何建模
3.3.2 肝脏形变建模
3.4 本章小结
第4章 碰撞检测及力反馈算法研究
4.1 引言
4.2 碰撞检测算法研究
4.2.1 碰撞检测算法概述
4.2.2 层次包围盒算法研究
4.3 AABB包围盒算法的研究与实现
4.3.1 AABB层次包围盒树的构建
4.3.2 碰撞检测算法的实现
4.4 力反馈算法的研究
4.4.1 力反馈模型建立
4.4.2 反馈力计算
4.5 本章小结
第5章 虚拟仿真实验平台搭建及实验仿真
5.1 引言
5.2 虚拟手术仿真系统整体架构
5.2.1 系统硬件构成
5.2.2 系统软件组成
5.2.3 虚拟仿真平台搭建
5.3 仿真实验
5.3.1 肝脏形变仿真实验
5.3.2 粘弹性仿真实验
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]腹腔镜手术中软组织按压仿真[J]. 张小瑞,段佳骊,孙伟,朱利丰,宋爱国. 电子测量与仪器学报. 2018(07)
[2]虚拟现实系统综述[J]. 杨欢,刘小玲. 软件导刊. 2016(04)
[3]基于改进弹簧-质点模型的形变建模及力反馈算法研究[J]. 陈卫东,陈攀攀,朱奇光. 生物医学工程学杂志. 2015(05)
[4]基于四面体网格的软组织位置动力学切割仿真算法[J]. 白隽瑄,潘俊君,赵鑫,郝爱民. 北京航空航天大学学报. 2015(07)
[5]再现软组织特性的小球作用模型[J]. 闫志远,杜志江,吴冬梅. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(08)
[6]基于质点—弹簧体模型与改进欧拉算法的力反馈[J]. 刘雪梅,王瑞艺,郭松. 系统仿真学报. 2013(09)
[7]基于无网格的软组织切割模型的研究进展[J]. 徐少平,李春泉,江顺亮,罗洁. 中国生物医学工程学报. 2012(01)
[8]支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统[J]. 张小瑞,宋爱国,孙伟,李建清. 东南大学学报(自然科学版). 2009(03)
[9]虚拟手术中刚体和软体碰撞检测算法研究[J]. 淡科锋,耿国华,周明全. 计算机技术与发展. 2008(09)
[10]虚拟膝关节镜手术仿真系统的关键技术研究[J]. 熊岳山,徐凯,王彦臻,谭珂,郭光友. 国防科技大学学报. 2007(01)
博士论文
[1]虚拟手术仿真系统中软组织切割模型研究[D]. 程强强.南昌大学 2018
[2]粘弹性软组织建模和切割及虚拟仿真实验研究[D]. 鲍义东.哈尔滨工业大学 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]虚拟手术仿真中软组织实时形变模型的研究[D]. 徐少平.南昌大学 2010
[5]虚拟现实中碰撞检测关键技术研究[D]. 王祎.吉林大学 2009
[6]生物软组织建模仿真方法研究[D]. 鲍春波.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于虚拟现实技术的力反馈手术平台的研究[D]. 邵岩.沈阳工业大学 2018
[2]虚拟手术中基于填充球的软组织形变模型的研究与实现[D]. 叶堃煜.南昌大学 2016
[3]三维空间Delaunay网格剖分技术的研究[D]. 周晓.天津大学 2016
[4]基于包围盒的碰撞检测算法的研究及应用[D]. 姜光焱.电子科技大学 2012
[5]基于无网格方法的软组织形变模型[D]. 毛磊.华北水利水电学院 2011
[6]虚拟环境中碰撞检测技术的研究与实现[D]. 朱丽丽.南京航空航天大学 2008
[7]基于虚拟现实技术的微创手术系统研究[D]. 丁再珍.天津大学 2007
本文编号：3696916
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究目的与意义
1.2 虚拟手术国内外研究现状
1.2.1 虚拟手术国外研究现状
1.2.2 虚拟手术国内研究现状
1.3 虚拟手术仿真系统关键技术
1.4 论文主要研究目标与内容
1.4.1 虚拟手术关键技术问题
1.4.2 论文主要研究内容
第2章 软组织建模技术研究
2.1 引言
2.2 生物力学特性分析
2.2.1 生物力学特性概述
2.2.2 粘弹性理论研究
2.3 几何建模技术研究
2.3.1 几何建模理论概述
2.3.2 Tetgen算法研究
2.4 软组织形变建模技术研究
2.4.1 基于几何方法建模
2.4.2 基于物理方法建模
2.5 本章小结
第3章 基于软组织粘弹性的混合填充球建模
3.1 引言
3.2 软组织粘弹性混合填充球模型构建
3.2.1 模型总体架构
3.2.2 小变形受力分析
3.2.3 本构方程建立
3.3 虚拟肝脏建模示例
3.3.1 肝脏几何建模
3.3.2 肝脏形变建模
3.4 本章小结
第4章 碰撞检测及力反馈算法研究
4.1 引言
4.2 碰撞检测算法研究
4.2.1 碰撞检测算法概述
4.2.2 层次包围盒算法研究
4.3 AABB包围盒算法的研究与实现
4.3.1 AABB层次包围盒树的构建
4.3.2 碰撞检测算法的实现
4.4 力反馈算法的研究
4.4.1 力反馈模型建立
4.4.2 反馈力计算
4.5 本章小结
第5章 虚拟仿真实验平台搭建及实验仿真
5.1 引言
5.2 虚拟手术仿真系统整体架构
5.2.1 系统硬件构成
5.2.2 系统软件组成
5.2.3 虚拟仿真平台搭建
5.3 仿真实验
5.3.1 肝脏形变仿真实验
5.3.2 粘弹性仿真实验
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]腹腔镜手术中软组织按压仿真[J]. 张小瑞,段佳骊,孙伟,朱利丰,宋爱国. 电子测量与仪器学报. 2018(07)
[2]虚拟现实系统综述[J]. 杨欢,刘小玲. 软件导刊. 2016(04)
[3]基于改进弹簧-质点模型的形变建模及力反馈算法研究[J]. 陈卫东,陈攀攀,朱奇光. 生物医学工程学杂志. 2015(05)
[4]基于四面体网格的软组织位置动力学切割仿真算法[J]. 白隽瑄,潘俊君,赵鑫,郝爱民. 北京航空航天大学学报. 2015(07)
[5]再现软组织特性的小球作用模型[J]. 闫志远,杜志江,吴冬梅. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(08)
[6]基于质点—弹簧体模型与改进欧拉算法的力反馈[J]. 刘雪梅,王瑞艺,郭松. 系统仿真学报. 2013(09)
[7]基于无网格的软组织切割模型的研究进展[J]. 徐少平,李春泉,江顺亮,罗洁. 中国生物医学工程学报. 2012(01)
[8]支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统[J]. 张小瑞,宋爱国,孙伟,李建清. 东南大学学报(自然科学版). 2009(03)
[9]虚拟手术中刚体和软体碰撞检测算法研究[J]. 淡科锋,耿国华,周明全. 计算机技术与发展. 2008(09)
[10]虚拟膝关节镜手术仿真系统的关键技术研究[J]. 熊岳山,徐凯,王彦臻,谭珂,郭光友. 国防科技大学学报. 2007(01)
博士论文
[1]虚拟手术仿真系统中软组织切割模型研究[D]. 程强强.南昌大学 2018
[2]粘弹性软组织建模和切割及虚拟仿真实验研究[D]. 鲍义东.哈尔滨工业大学 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]虚拟手术仿真中软组织实时形变模型的研究[D]. 徐少平.南昌大学 2010
[5]虚拟现实中碰撞检测关键技术研究[D]. 王祎.吉林大学 2009
[6]生物软组织建模仿真方法研究[D]. 鲍春波.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于虚拟现实技术的力反馈手术平台的研究[D]. 邵岩.沈阳工业大学 2018
[2]虚拟手术中基于填充球的软组织形变模型的研究与实现[D]. 叶堃煜.南昌大学 2016
[3]三维空间Delaunay网格剖分技术的研究[D]. 周晓.天津大学 2016
[4]基于包围盒的碰撞检测算法的研究及应用[D]. 姜光焱.电子科技大学 2012
[5]基于无网格方法的软组织形变模型[D]. 毛磊.华北水利水电学院 2011
[6]虚拟环境中碰撞检测技术的研究与实现[D]. 朱丽丽.南京航空航天大学 2008
[7]基于虚拟现实技术的微创手术系统研究[D]. 丁再珍.天津大学 2007
本文编号：3696916
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/3696916.html
