虛擬交叉韌帶手術中的模型表達及切割仿真.pdf

1、虛擬手術仿真系統(tǒng)是現(xiàn)代醫(yī)療手術和虛擬現(xiàn)實技術的結合。虛擬手術仿真系統(tǒng)以實時性、穩(wěn)定性、精確度和逼真度為原則，對醫(yī)學數(shù)字圖像三維可視化、軟組織形變切割、力反饋、實時通信技術等有著較高要求。
　　交叉韌帶是維持膝關節(jié)運動最重要的結構組織，能夠保持膝關節(jié)靜力穩(wěn)定性。交叉韌帶損傷是最常見的膝關節(jié)疾病之一，醫(yī)生常采用關節(jié)鏡手術進行診治，膝關節(jié)鏡手術對醫(yī)生的手眼協(xié)調(diào)能力有著極高要求。
　　本文研究了交叉韌帶物理屬性，分析交叉韌帶手術基本

2、操作，從視覺和觸覺角度出發(fā)對交叉韌帶手術進行仿真模擬。
　　本文研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于醫(yī)學數(shù)字圖像的交叉韌帶軟組織三維重建。針對傳統(tǒng)手術仿真系統(tǒng)中模型精度較低的問題，對醫(yī)學二維序列數(shù)字圖像(CT)進行研究，用開源軟件工具VTK對CT圖像處理，進行三維模型重建，得到了較高精度的交叉韌帶軟組織模型。對交叉韌帶的生物力學屬性進行分析，為軟組織物理模型的構建提供依據(jù)。
　　(2)軟組織切割算法的研究。從切割實時性角度出

3、發(fā)，為交叉韌帶構建計算模型、視覺模型和碰撞模型，提高了計算效率。采用多模態(tài)映射機制，實現(xiàn)不同模型的計算和顯示同步。定義交叉韌帶模型的四面體拓撲結構及拓撲更新算法，使用四面體單元去除法完成切割仿真，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(3)虛擬手術中觸覺反饋的研究。分析觸覺反饋過程，根據(jù)操作步驟將手術過程中的反饋力劃分為面彈力和摩擦力，并分別為其建立物理模型，對力的大小計算進行了研究。
　　(4)實驗原型系統(tǒng)的開發(fā)。設計虛擬交叉韌帶仿真