虛擬膝關節(jié)鏡手術中游離體摘除術的模擬技術研究.pdf

1、臨床上膝關節(jié)鏡手術已經(jīng)廣泛開展,而由于這種手術的復雜性和風險性,外科醫(yī)生需要嚴格的、長時間的訓練才能達到臨床應用的程度。建立可視化的模擬手術訓練虛擬環(huán)境,不僅可以大大降低培訓成本,而且可以有效的提高培訓的效率,使外科醫(yī)生以更直觀的方式進行模擬手術訓練。在臨床調(diào)研的基礎上,本文針對臨床上常見的游離體摘除手術,研究相關的實時模擬技術。
　　 建立一個逼真的虛擬環(huán)境可以很好的提高模擬手術操作的真實性。本文以右腿的核磁共振圖像和CT圖像

2、為指導,以解剖模型圖為3D Max8.0的建模背景圖,構建半月板、前后交叉韌帶、股骨、脛骨等組織模型；以實物照片為背景圖,建立了各個手術器械的三維模型。建立3ds模型文件庫,在詳細分析模型文件塊結(jié)構的基礎上,設計了塊結(jié)構的迭代讀取算法。用C++語言編寫了讀取模型的類接口函數(shù),結(jié)合OpenGL圖形API編寫了再現(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)手套作為外設交互設備,建立基于手勢的動作映射控制方法,使模擬套筒(內(nèi)窺鏡、手術刀)沿固定點實現(xiàn)四自由度的方位改變。在手術器械的干擾游離體的開始運動,對游離體可能發(fā)生的各種碰撞做了理論抽象:點線碰撞、點面碰撞和球體碰撞,并給出相關了碰撞偵測方法和碰撞過程處理方法。在分析關節(jié)腔內(nèi)部生理環(huán)境的基礎上,研究了游離體的受力情況,推導出了游離體的運動微分方程。為了在模擬程序中實時的更新游離體運動狀態(tài),給出運動微分方程

4、的兩種數(shù)值求解方法:中點法和改進的歐拉法,并分析了兩種方法的適用情況。考慮多個游離體的存在,給出多重游離體的運動干涉處理方法。研究OpenGL的貼圖原理和片斷測試機制,實現(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平臺下OpenGL運行機制的基礎上,配置了OpenGL庫函數(shù)文件和工程鏈接。利用窗口分割技術,設計了模擬系統(tǒng)的程序界面:導航區(qū)、信息區(qū)、內(nèi)窺鏡觀察區(qū)