髖關節(jié)受力分析及其虛擬研究.pdf

1、在髖關節(jié)受力分析方面，以往醫(yī)生大多根據患者提供的信息在Matlab等類似仿真軟件上進行受力分析，不能提供形象結果。醫(yī)生真正需要的是在患者真實環(huán)境下的術前規(guī)劃，由此來確定一個最佳的髖關節(jié)結構形狀。本文設計了一種術前虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進行髖關節(jié)受力分析，以此來選擇恰當的髖關節(jié)，保證手術的適應性及準確性。 本文首先介紹了虛擬現實技術的特點及國內外的發(fā)展現狀。重點介紹了虛擬現實技術在醫(yī)學領域的應用。其應用包括虛擬手術模擬，遠程手術，

2、體積圖像中的3D導航，虛擬內窺鏡等。 三維重建是醫(yī)學圖像可視化的基礎，也是虛擬現實技術在髖關節(jié)手術中應用的前提。三維重建發(fā)展至今已經有很多算法，包括輪廓重建表面法、Cuberille方法、移動立方體法、光線投射法、足跡表法。根據本文對髖關節(jié)三維模型精度的要求，選取體繪制算法中的足跡表法。并通過VC++6.0與VTK來實現髖關節(jié)的三維重建。 通過分析髖關節(jié)生理解剖結構，根據生物力學原理，選取髖臼及股骨頭做為研究對象，并將其

3、設定為物理上常見的剛體模型，應用剛體的物理特性，對兩個三維物體進行力的加載與分析。 在虛擬現實技術方面，采用了基于OpenGL的Quest3D軟件，將髖臼及股骨頭的三維模型放入到虛擬環(huán)境當中，并利用該軟件的特點，將剛體的受力公式加載其上。通過鼠標操作完成旋轉、移動及其它的人機交互操作。通過旋轉時股骨頭受力面積的改變，實時計算出股骨頭受到壓強的變化，并顯示在虛擬環(huán)境當中。最后通過一例患者的真實數據驗證了本方法的可行性。 通