胸腔镜虚拟手术基础训练与医学重建的研究及实现

发布时间：2021-02-09 12:39

　　传统的手术培训存在训练周期长、效率低、成本高、尸体资源匮乏等缺点,随着虚拟现实和触觉反馈技术的发展,虚拟手术逐渐被应用于医学生和住院医师的手术培训中,为受训者提供手术操作技能培训,很大程度上解决了传统手术的不足。论文以开发胸腔镜虚拟手术系统中基础训练模块为目标,研究了与该系统相关的技术,具体完成的工作包括:（1）医学三维重建算法的研究及重建模块的实现。介绍了面绘制中Marching Cube算法和体绘制中Ray Casting算法,并在Unity3D平台上利用现有的基本元素和模块,结合这两种算法快速实现了对患者头部和胸部医学图像序列的面绘制和体绘制。相比于基于底层C++的医学重建开发,基于Unity3D的重建模块具有集成度高、开发周期短、交互性好等优点。医学三维重建模块为后期软组织器官模拟操作的开发奠定了基础。（2）采用Unity3D平台设计并完成了胸腔镜虚拟手术系统中基础训练模块的开发。该系统在一台设备上实现了常规虚拟现实、沉浸式虚拟现实、增强现实和混合现实四种不同显示方式的手术模拟器之间的任意切换。（3）实验研究了五种手术模拟器的性能。设计了虚拟手术基础训练模块中微小物体转移训练的... 

【文章来源】：云南师范大学云南省

【文章页数】：62 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 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
    1.4 本文的组织结构
第2章 相关技术理论
    2.1 DICOM医学图像
    2.2 Unity3D软件平台介绍
        2.2.1 Unity3D介绍
        2.2.2 软件所需的场景元素
        2.2.3 游戏对象的构成组件
        2.2.4 UI设计
    2.3 力反馈技术
    2.4 本章小结
第3章 医学图像三维重建算法及实现
    3.1 基于Marching Cube算法的面绘制
        3.1.1 面绘制
        3.1.2 Marching Cube算法
        3.1.3 基于Marching Cube的面绘制设计及UI实现
    3.2 基于Ray Casting算法的体绘制
        3.2.1 体绘制
        3.2.2 Ray Casting算法
        3.2.3 基于Ray Casting的体绘制实现设计及UI实现
    3.3 本章小结
第4章 胸腔镜虚拟手术训练系统的设计
    4.1 系统的总体结构
    4.2 系统硬件平台搭建
        4.2.1 计算机
        4.2.2 显示设备
        4.2.3 力反馈设备与手术器械
        4.2.4 内窥镜与3D鼠标
    4.3 系统软件功能模块设计
    4.4 本章小结
第5章 微小物体转移训练
    5.1 微小物体转移训练介绍
    5.2 微小物体转移训练模块开发
        5.2.1 模型及场景创建
        5.2.2 碰撞检测与抓取
        5.2.3 软件设计实现
    5.3 实验流程与评估标准
        5.3.1 实验流程
        5.3.2 评估标准
        5.3.3 数据分析
        5.3.4 训练模块测试
    5.4 实验结果与分析
        5.4.1 内容验证
        5.4.2 构造验证
        5.4.3 结论与讨论
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 未来工作
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析虚拟现实技术及其在典型领域的应用[J]. 黎云.  数字技术与应用. 2017(05)
[2]基于Unity3D的绞吸式挖泥船虚拟仿真系统[J]. 姚鹏飞,陈正鸣,童晶,钱丽娜.  系统仿真学报. 2016(09)
[3]计算机触觉:虚拟现实环境的力触觉建模和生成[J]. 王党校,焦健,张玉茹,赵晓含.  计算机辅助设计与图形学学报. 2016(06)
[4]一种改进的MC算法[J]. 赵杰,龚硕然,王龙.  激光杂志. 2014(08)
[5]腹腔镜手术模拟训练系统的研究现状与分析[J]. 郑晨,宋成利.  中华消化外科杂志. 2012 (04)
[6]基于改进MC算法的医学图像三维重建研究[J]. 矫春海,张雅丽,张军卫.  微型机与应用. 2011(03)
[7]CT用于PET衰减校正技术的研究进展[J]. 柴培,聂彬彬,叶婷,武丽伟,单保慈.  中国医学影像技术. 2010(08)
[8]实时多组织虚拟手术的反馈力模拟[J]. 张吉帅,陈辉,吴雯,王平安.  计算机辅助设计与图形学学报. 2010(02)
[9]面向牙科手术培训的力觉合成技术[J]. 王党校,张玉茹,王勇,吕培军,周人歌,周万琳.  中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[10]改进的三维可视化用光线投射算法[J]. 姜慧研,李宁.  中国体视学与图像分析. 2008(01)

硕士论文
[1]数据中心三维可视化运行服务平台编译器的设计与实现[D]. 薛芸.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2017
[2]基于VTK的三维医学影像诊断系统的设计与实现[D]. 孟宁.郑州大学 2014
[3]基于unity3D的手术训练游戏的设计与实现[D]. 潘丹.山东大学 2014
[4]移动终端上三维场景可视化的关键技术研究[D]. 闫烁.南京大学 2013
[5]虚拟手术训练系统中的流程建模与技巧评估[D]. 张文秀.山东大学 2011
[6]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
[7]虚拟手术系统中缝合等关键模块的实现[D]. 夏福清.上海交通大学 2010
[8]基于VTK的医学图像三维重建及交互研究[D]. 胡战利.哈尔滨工程大学 2008
[9]规则数据场的三维医学体数据可视化研究[D]. 崔芳芳.河北工业大学 2007
[10]医学CT三维重建技术的研究与实现[D]. 王晓.华中科技大学 2007



本文编号：3025643