國(guó)人虛擬眼角膜建模與仿真研究.pdf

1、生物體基本上是由軟凝聚態(tài)物質(zhì)組成，生物膜是軟凝聚態(tài)物質(zhì)物理研究的重要內(nèi)容。本論文研究選定人眼角膜——一種典型的生物膜為研究對(duì)象展開(kāi)。角膜是人眼的重要組成部分，角膜的特性對(duì)于眼疾病的診斷和治療有著重要的意義，研究角膜的形態(tài)特征、物理特性，對(duì)其進(jìn)行建模與仿真具有重要的學(xué)術(shù)意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。 本文主要研究了在構(gòu)建中國(guó)人虛擬眼角膜的形態(tài)和物理模型過(guò)程中所遇到的圖像采集、分析、參數(shù)提取、形態(tài)建模、物理建模和虛擬仿真等方面的問(wèn)題，探索一條

2、將數(shù)字人眼組織模型數(shù)據(jù)與臨床個(gè)體數(shù)據(jù)融合的研究路線，其目的是構(gòu)造出能準(zhǔn)確描述角膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和物理模型，為構(gòu)建“中國(guó)人虛擬眼”以及眼科醫(yī)學(xué)教學(xué)和臨床應(yīng)用奠定重要的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性工作如下： 1.負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套從普通眼科臨床使用的裂隙燈顯微鏡采集和分析眼前節(jié)顯微圖像的軟硬件系統(tǒng)，提出了一種基于裂隙燈圖像客觀地獲取眼前節(jié)的10多種生理參數(shù)和全自動(dòng)分析報(bào)告眼角膜主要生理參數(shù)的新方法，設(shè)計(jì)了一種

3、基于臨床裂隙燈顯微序列圖像的角膜三維重建的方法。利用Directshow技術(shù)采集裂隙燈顯微圖像，采用等效的大津法閾值分割出角膜和虹膜區(qū)域，然后根據(jù)角膜和虹膜組織結(jié)構(gòu)的邊界擬合曲線提取眼前節(jié)的特征參數(shù)，獲取并分析報(bào)告臨床診療相關(guān)的眼角膜、虹膜、晶狀體等組織主要生理參數(shù)。并以裂隙燈圖像序列為基礎(chǔ)，利用表面繪制方法實(shí)現(xiàn)基于病人裂隙燈圖像的角膜三維重建。 2.原創(chuàng)性地制作并保存了646片眼組織切片標(biāo)本，以此為基礎(chǔ)獲得了眼球切片一套五種圖

4、像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集和切片角膜組織的圖像數(shù)據(jù)集。作為團(tuán)隊(duì)的最主要骨干，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)了原創(chuàng)性地將一只眼球進(jìn)行包埋、組織切削、染色并制成646片組織切片標(biāo)本，以此為基礎(chǔ)獲得了眼球切片一套五種圖像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集和切片角膜組織的圖像數(shù)據(jù)集，這是至今為止國(guó)內(nèi)外一只眼球制成并保存組織標(biāo)本數(shù)量最多、數(shù)據(jù)量最大的成果。 3.將經(jīng)典的角膜數(shù)據(jù)和由裂隙燈圖像所獲取的臨床人眼角膜數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提出一種建立參數(shù)化的角膜形態(tài)模型和有限元物理模型的方法。結(jié)合經(jīng)典的角膜數(shù)據(jù)

5、和由裂隙燈圖像所獲取的臨床人眼角膜數(shù)據(jù)，在合理簡(jiǎn)化和假設(shè)基礎(chǔ)上采用參數(shù)化的建模方法，建立參數(shù)化的角膜形態(tài)模型和有限元物理模型，并進(jìn)行了眼內(nèi)壓和外部壓力改變時(shí)的角膜形變仿真研究，探索出將數(shù)字人技術(shù)為臨床病人服務(wù)的研究路線。 4.建立人眼角膜的彈簧一質(zhì)點(diǎn)模型，結(jié)合力反饋設(shè)備，對(duì)人眼角膜組織進(jìn)行了接觸虛擬仿真研究。針對(duì)眼角膜的基本幾何和物理特征，設(shè)計(jì)了以AABB層次包圍盒樹(shù)結(jié)構(gòu)為碰撞檢測(cè)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并改進(jìn)了彈簧一質(zhì)點(diǎn)模型，實(shí)現(xiàn)了虛