虚拟脑肿瘤摘除手术仿真中软组织形变模型的研究

发布时间：2024-04-13 09:29

　　如何安全高效地进行显微神经外科手术训练是长期存在的一个难题。随着计算机技术的不断发展,虚拟手术仿真为外科医生提供了一种安全有效的训练方式,有着重要应用和广阔前景。由于脑肿瘤摘除手术所具有的高度复杂性和特殊性,当前对虚拟脑肿瘤摘除手术的研究仍处于十分初级的阶段。本文分别针对虚拟脑肿瘤摘除手术中软组织形变模型仍面临的逼真度低、可交互性差、可模拟的手术操作单一等问题和挑战,进行了一系列的理论研究及仿真实验验证。该工作提升了软组织形变模型在精确性、实时性等方面的表现,并使形变模型能够更加逼真地模拟软组织在发生交互时、以及软组织撕裂过程中的形态变化。并将理论成果应用于虚拟脑肿瘤摘除手术仿真中,研发了一套虚拟脑肿瘤摘除仿真训练系统。本文成果概括如下:1、针对现有的软组织形变模型无法同时满足实时性、精确性的问题,提出了一种基于优化隐式积分方法的有限元形变模型,将脑组织所具有的粘弹性、各向异性的生物力学特性引入到形变模型中。基于GPU并行计算的下降方法对所提出的形变模型进行求解,实现了准确、高效的形变仿真。仿真结果表明,所提出的软组织形变模型能够表现出脑组织所具有的粘弹性、各向异性等生物力学特性。同时...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1虚拟手术系统的组成

新的方法和途径。在神经外科手术训练中，虚拟手术系统为神经外科医生提供了一种沉浸式的训练平台，帮助医生在虚拟场景中进行各种手术技能的培养以及相关设备、器械的操作练习[11,12,22-24]。借助虚拟现实技术，逼真地再现复杂的神经外科手术场景，模拟手术过程中组织器官在手术器械操作下....

图1-2关节移植手术系统[26]

北京交通大学博士学位论文6人辅助外科手术的仿真模拟[28]。该系统包含了一个由主控制器、踏板、三维显示设备的训练控制台，训练台根据人体工程学设计，可以通过自由调节控制台的姿态，确保用户在训练中处于最佳的操作状态，为操作者提供了逼真、舒适的操作体验。RobotiXMentor虚拟手....

图1-3虚拟腹部手术系统[

北京交通大学博士学位论文6人辅助外科手术的仿真模拟[28]。该系统包含了一个由主控制器、踏板、三维显示设备的训练控制台，训练台根据人体工程学设计，可以通过自由调节控制台的姿态，确保用户在训练中处于最佳的操作状态，为操作者提供了逼真、舒适的操作体验。RobotiXMentor虚拟手....

图1-4Simbionix公司的

北京交通大学博士学位论文6人辅助外科手术的仿真模拟[28]。该系统包含了一个由主控制器、踏板、三维显示设备的训练控制台，训练台根据人体工程学设计，可以通过自由调节控制台的姿态，确保用户在训练中处于最佳的操作状态，为操作者提供了逼真、舒适的操作体验。RobotiXMentor虚拟手....

本文编号：3952830