虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中游離體摘除術(shù)的模擬技術(shù)研究.pdf

1、臨床上膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)已經(jīng)廣泛開(kāi)展,而由于這種手術(shù)的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)性,外科醫(yī)生需要嚴(yán)格的、長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練才能達(dá)到臨床應(yīng)用的程度。建立可視化的模擬手術(shù)訓(xùn)練虛擬環(huán)境,不僅可以大大降低培訓(xùn)成本,而且可以有效的提高培訓(xùn)的效率,使外科醫(yī)生以更直觀的方式進(jìn)行模擬手術(shù)訓(xùn)練。在臨床調(diào)研的基礎(chǔ)上,本文針對(duì)臨床上常見(jiàn)的游離體摘除手術(shù),研究相關(guān)的實(shí)時(shí)模擬技術(shù)。
　　 建立一個(gè)逼真的虛擬環(huán)境可以很好的提高模擬手術(shù)操作的真實(shí)性。本文以右腿的核磁共振圖像和CT圖像

2、為指導(dǎo),以解剖模型圖為3D Max8.0的建模背景圖,構(gòu)建半月板、前后交叉韌帶、股骨、脛骨等組織模型；以實(shí)物照片為背景圖,建立了各個(gè)手術(shù)器械的三維模型。建立3ds模型文件庫(kù),在詳細(xì)分析模型文件塊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了塊結(jié)構(gòu)的迭代讀取算法。用C++語(yǔ)言編寫(xiě)了讀取模型的類(lèi)接口函數(shù),結(jié)合OpenGL圖形API編寫(xiě)了再現(xiàn)模型的渲染接口函數(shù)。
　　 良好的交互操作功能和互動(dòng)效果,能夠有效的鍛煉外科醫(yī)生的手法操作和提高診斷分析能力。本文采用5

3、dt data-glore5數(shù)據(jù)手套作為外設(shè)交互設(shè)備,建立基于手勢(shì)的動(dòng)作映射控制方法,使模擬套筒(內(nèi)窺鏡、手術(shù)刀)沿固定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)四自由度的方位改變。在手術(shù)器械的干擾游離體的開(kāi)始運(yùn)動(dòng),對(duì)游離體可能發(fā)生的各種碰撞做了理論抽象:點(diǎn)線碰撞、點(diǎn)面碰撞和球體碰撞,并給出相關(guān)了碰撞偵測(cè)方法和碰撞過(guò)程處理方法。在分析關(guān)節(jié)腔內(nèi)部生理環(huán)境的基礎(chǔ)上,研究了游離體的受力情況,推導(dǎo)出了游離體的運(yùn)動(dòng)微分方程。為了在模擬程序中實(shí)時(shí)的更新游離體運(yùn)動(dòng)狀態(tài),給出運(yùn)動(dòng)微分方程

4、的兩種數(shù)值求解方法:中點(diǎn)法和改進(jìn)的歐拉法,并分析了兩種方法的適用情況。考慮多個(gè)游離體的存在,給出多重游離體的運(yùn)動(dòng)干涉處理方法。研究OpenGL的貼圖原理和片斷測(cè)試機(jī)制,實(shí)現(xiàn)透明皮膚和內(nèi)窺鏡頭模擬。
　　 本文在VC++2005環(huán)境下,建立多文檔的MFC多視口程序。在分析windows平臺(tái)下OpenGL運(yùn)行機(jī)制的基礎(chǔ)上,配置了OpenGL庫(kù)函數(shù)文件和工程鏈接。利用窗口分割技術(shù),設(shè)計(jì)了模擬系統(tǒng)的程序界面:導(dǎo)航區(qū)、信息區(qū)、內(nèi)窺鏡觀察區(qū)