面向腹腔鏡虛擬手術(shù)的軟組織切割變形仿真技術(shù)研究.pdf

1、隨著科學(xué)的進步和微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展，虛擬手術(shù)系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而腹腔鏡微創(chuàng)虛擬手術(shù)不僅能夠訓(xùn)練醫(yī)生的腹腔鏡手術(shù)操作，還具有輔助確定手術(shù)方案等作用，它的出現(xiàn)大大的推廣了腹腔鏡手術(shù)機器人的應(yīng)用。在腹腔鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)中，逼真、實時的視覺和力覺反饋可以增強系統(tǒng)的真實感和沉浸感。人體軟組織的切割與變形仿真是虛擬手術(shù)仿真的重點和難點，對切割操作的仿真要求具有良好的實時性和仿真穩(wěn)定性，同時具有良好的沉浸感和真實感。
　　本文面向微創(chuàng)腹腔鏡

2、虛擬手術(shù)，對腹腔鏡手術(shù)中軟組織的切割變形仿真進行研究。首先，在對比分析了主要的三維建模方法后，結(jié)合本課題的特點和要求，決定采用三維建模軟件手工建立虛擬手術(shù)仿真中的手術(shù)對象和手術(shù)器械的三維幾何模型，并保留幾何模型的相關(guān)參數(shù)和渲染信息，以.3DS和.OBJ的數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出。根據(jù)幾何模型的信息，在 Microsoft Visual Studio的平臺中應(yīng)用C++和OpenGL實現(xiàn)了幾何模型在仿真平臺中的顯示。
　　然后，根據(jù)人體軟組織的生

3、物力學(xué)特性，采用改進的彈簧-質(zhì)點模型建立軟組織的物理模型；研究了在軟組織變形仿真中的碰撞檢測算法，利用粗略檢測和精確檢測相結(jié)合的方法實現(xiàn)碰撞的快速檢測。結(jié)合物理模型和碰撞檢測算法，實現(xiàn)了軟組織變形仿真，并根據(jù)物理模型計算出手術(shù)器械和手術(shù)對象觸碰時的實時力反饋信息。借助 Omega.7力反饋設(shè)備，實現(xiàn)手術(shù)器械的操作和力反饋信息的輸出，實現(xiàn)用戶和仿真平臺的力覺交互。
　　針對膽囊切割手術(shù)操作，對膽囊進行網(wǎng)格劃分，建立膽囊的表面網(wǎng)格模型

4、，根據(jù)表面網(wǎng)格的切割算法，結(jié)合切割仿真中的粗略碰撞檢測算法和相鄰面片搜索樹算法，實現(xiàn)在手術(shù)刀操作下的膽囊切割操作仿真。同時本文還提出了一種只用于實現(xiàn)切割操作的頂點移動表面網(wǎng)格切割算法，它主要適用于網(wǎng)格劃分較細，最小單元體多的情況。
　　最后，結(jié)合軟組織的變形仿真和切割仿真實現(xiàn)虛擬切割變形仿真平臺，實現(xiàn)膽囊軟組織的變形與切割仿真實驗，同時此仿真平臺可實現(xiàn)不同手術(shù)器械下的軟組織變形仿真和不同材質(zhì)的軟組織變形仿真，并通過仿真實驗驗證此仿