虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中的視覺(jué)表現(xiàn)方法研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)：UDC：密級(jí)：學(xué)校代號(hào)：學(xué)號(hào)：廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文(工學(xué)碩士)118452111001080虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中的視覺(jué)表現(xiàn)方法研究黃浩指導(dǎo)教師姓名、職稱：奎置羞副麴援學(xué)科(專業(yè))或領(lǐng)域名稱：扭撼電王工猩學(xué)生所屬學(xué)院：扭電工猩堂院論文答辯日期：三Q二三生盍旦四旦摘要摘要隨著微創(chuàng)手術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的日益廣泛，傳統(tǒng)的開(kāi)放式膝關(guān)節(jié)手術(shù)被微創(chuàng)手術(shù)所代替。關(guān)節(jié)鏡手術(shù)是微創(chuàng)手術(shù)的一種，最早應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)疾病治療。膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)使用膝關(guān)節(jié)鏡和微型

2、手術(shù)器械在狹小的膝關(guān)節(jié)腔中進(jìn)行手術(shù)治療，手術(shù)操作難度高，醫(yī)生往往需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的培訓(xùn)才能熟練掌握，傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式不能滿足巨大的培訓(xùn)需求，所以，搭建虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)系統(tǒng)，提供一種方便可重復(fù)使用的培訓(xùn)方式，是膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)發(fā)展的需要。膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中，要求醫(yī)生具有較強(qiáng)的手眼協(xié)調(diào)能力，所以在膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)培訓(xùn)中，醫(yī)生的視覺(jué)需求最為強(qiáng)烈。因此，本文選取虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的視覺(jué)表現(xiàn)方法進(jìn)行研究，包括虛擬環(huán)境中模型的三維重建、虛擬對(duì)象的多模型表示、碰撞檢測(cè)及

3、軟組織變形，主要從以下方面進(jìn)行了分析和研究：(1)基于醫(yī)學(xué)圖像的膝關(guān)節(jié)模型三維重建。通過(guò)對(duì)CT醫(yī)學(xué)序列圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用表面繪制技術(shù)中輪廓線連接法基于CT序列圖像重建膝關(guān)節(jié)模型，并對(duì)重建模型進(jìn)行表面頂點(diǎn)及三角形削減，保證模型高精度的同時(shí)減少模型數(shù)據(jù)量。(2)虛擬對(duì)象的多模型表示法。對(duì)虛擬環(huán)境中對(duì)象采用多模型表示法進(jìn)行表示，為虛擬對(duì)象構(gòu)建了視覺(jué)模型、碰撞模型及行為模型以滿足虛擬環(huán)境中視覺(jué)渲染、碰撞檢測(cè)及行為計(jì)算場(chǎng)景的需要，建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)

4、現(xiàn)多種模型之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，不同模型之間能夠同步更新。(3)研究了適用于虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的碰撞檢測(cè)算法。通過(guò)對(duì)膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中涉及的物體碰撞進(jìn)行分析，總結(jié)虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)碰撞檢測(cè)的要求，選用光線跟蹤碰撞算法，采用八叉樹(shù)包圍盒進(jìn)行算法加速，實(shí)現(xiàn)虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中的各類(lèi)碰撞檢測(cè)。(4)建立了虛擬環(huán)境中膝關(guān)節(jié)軟組織的有限元四面體計(jì)算模型。通過(guò)分析膝關(guān)節(jié)組織材料特性，定義有限元單元材料特性，通過(guò)形變計(jì)算，實(shí)時(shí)更新模型表面頂點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)軟組織變形仿真