虛擬手術(shù)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、虛擬手術(shù)是一門新興的綜合性學(xué)科，涉及到醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、生物力學(xué)、材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域的技術(shù)。虛擬手術(shù)系統(tǒng)的研究宗旨是為外科醫(yī)生提供可以反復(fù)使用的訓(xùn)練、學(xué)習(xí)和模擬的虛擬環(huán)境，將其應(yīng)用于手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)演練和術(shù)中指導(dǎo)，這對(duì)于術(shù)前制定最佳手術(shù)方案和保證手術(shù)成功具有十分重要的意義。 論文在簡要介紹虛擬手術(shù)系統(tǒng)的研究概況和構(gòu)成的基礎(chǔ)上，分析了虛擬手術(shù)中涉及到的醫(yī)學(xué)圖像分割、幾何建模、碰撞檢測、形變模擬、切割縫合、真實(shí)感圖形繪制、

2、觸覺反饋等關(guān)鍵技術(shù)。然后，本文針對(duì)其中的幾何建模、碰撞檢測、形變模擬和真實(shí)感圖形繪制技術(shù)進(jìn)行了深入研究和探討。 本文首先對(duì)幾何建模進(jìn)行研究，在剖析了常用方法的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)之上，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于體數(shù)據(jù)分割的Delaunay四面體化建模方法。該方法思想簡單，容易實(shí)現(xiàn)。深入分析虛擬手術(shù)中碰撞檢測的特點(diǎn)，將虛擬手術(shù)中的碰撞檢測分為三種情形：剛體與剛體間、剛體與柔性物體間、柔性物體間的碰撞檢測，并結(jié)合現(xiàn)有算法，分別針對(duì)三種情況進(jìn)行討論與

3、研究。文中對(duì)虛擬手術(shù)中變形模擬展開研究，在認(rèn)真分析現(xiàn)有方法基礎(chǔ)上，本文基于簡單的線彈性物理模型，根據(jù)有限元方法中剛度矩陣具有對(duì)稱性、帶狀性和稀疏性等特點(diǎn)，對(duì)有限元方法進(jìn)行了改進(jìn)。通過實(shí)驗(yàn)證明，該算法的速度能滿足大多數(shù)虛擬手術(shù)的要求；在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中，真實(shí)感圖形繪制的逼真性和實(shí)時(shí)性對(duì)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要，本文對(duì)面繪制和體繪制兩類方法進(jìn)行了概述、比較，針對(duì)虛擬手術(shù)中視覺反饋的需要，提出了一種體繪制和面繪制相結(jié)合的真實(shí)感繪制方法；最后，論文對(duì)該