学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

面向腹腔镜虚拟手术的软组织切割变形仿真技术研究

作　者: 黄莹莹
导　师: 杜志江
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 虚拟手术 仿真平台 软组织建模 切割算法 碰撞变形
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 80次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随着科学的进步和微创手术的发展，虚拟手术系统得到了越来越广泛的应用。而腹腔镜微创虚拟手术不仅能够训练医生的腹腔镜手术操作，还具有辅助确定手术方案等作用，它的出现大大的推广了腹腔镜手术机器人的应用。在腹腔镜虚拟手术系统中，逼真、实时的视觉和力觉反馈可以增强系统的真实感和沉浸感。人体软组织的切割与变形仿真是虚拟手术仿真的重点和难点，对切割操作的仿真要求具有良好的实时性和仿真稳定性，同时具有良好的沉浸感和真实感。本文面向微创腹腔镜虚拟手术，对腹腔镜手术中软组织的切割变形仿真进行研究。首先，在对比分析了主要的三维建模方法后，结合本课题的特点和要求，决定采用三维建模软件手工建立虚拟手术仿真中的手术对象和手术器械的三维几何模型，并保留几何模型的相关参数和渲染信息，以.3DS和.OBJ的数据格式导出。根据几何模型的信息，在Microsoft Visual Studio的平台中应用C++和OpenGL实现了几何模型在仿真平台中的显示。然后，根据人体软组织的生物力学特性，采用改进的弹簧-质点模型建立软组织的物理模型；研究了在软组织变形仿真中的碰撞检测算法，利用粗略检测和精确检测相结合的方法实现碰撞的快速检测。结合物理模型和碰撞检测算法，实现了软组织变形仿真，并根据物理模型计算出手术器械和手术对象触碰时的实时力反馈信息。借助Omega.7力反馈设备，实现手术器械的操作和力反馈信息的输出，实现用户和仿真平台的力觉交互。针对胆囊切割手术操作，对胆囊进行网格划分，建立胆囊的表面网格模型，根据表面网格的切割算法，结合切割仿真中的粗略碰撞检测算法和相邻面片搜索树算法，实现在手术刀操作下的胆囊切割操作仿真。同时本文还提出了一种只用于实现切割操作的顶点移动表面网格切割算法，它主要适用于网格划分较细，最小单元体多的情况。最后，结合软组织的变形仿真和切割仿真实现虚拟切割变形仿真平台，实现胆囊软组织的变形与切割仿真实验，同时此仿真平台可实现不同手术器械下的软组织变形仿真和不同材质的软组织变形仿真，并通过仿真实验验证此仿真平台实时性、准确性和稳定性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  9-10
  1.2 虚拟手术系统发展现状  10-13
  1.3 软组织切割变形的国内外研究现状  13-17
  1.4 论文的主要研究内容  17-18
第二章 切割与变形虚拟仿真平台  18-29
  2.1 切割与变形虚拟仿真平台的构成  18-20
  2.2 变形与切割虚拟仿真软件的框架  20-24
  2.3 模型模块的建立  24-27
  2.4 本章小结  27-29
第三章 软组织物理模型及变形仿真  29-45
  3.1 软组织的物理模型简介  29-32
    3.1.1 物理模型建模方法  29-30
    3.1.2 弹簧-质点模型  30-32
  3.2 骨骼球的建立  32-36
    3.2.1 骨骼球模型的建立方式  32-34
    3.2.2 骨骼球的排布方式  34-35
    3.2.3 仿真验证试验  35-36
  3.3 变形仿真中的碰撞检测  36-39
    3.3.1 碰撞检测算法  36-37
    3.3.2 精确碰撞检测的算法实现  37-38
    3.3.3 碰撞检测仿真实验  38-39
  3.4 力反馈  39-44
    3.4.1 力反馈原理  39-42
    3.4.2 力反馈实验验证  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 网格切割算法及虚拟仿真平台  45-64
  4.1 手术对象的网格划分  45-46
  4.2 表面三角网格切割算法  46-57
    4.2.1 切割算法中的碰撞检测  47-50
    4.2.2 数据结构  50-52
    4.2.3 算法的实现  52-55
    4.2.4 切割算法仿真实验  55-57
  4.3 顶点移动网格切割算法  57-59
    4.3.1 顶点移动切割算法原理  57-58
    4.3.2 顶点移动切割算法仿真实验  58-59
  4.4 仿真平台系统实验研究  59-63
    4.4.1 虚拟仿真平台实现的功能  59-60
    4.4.2 实验配置  60
    4.4.3 不同手术器械变形仿真实验  60-62
    4.4.4 切割变形仿真实验  62-63
  4.5 小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-71
致谢  71

相似论文

  1. 虚拟手术中建模与仿真关键技术研究,TP391.41
  2. 铝箔冷轧机仿真系统和张力控制的研究,TG334.9
  3. 基于LTE协议下行链路仿真平台的研究与实现,TN929.5
  4. 多小区MIMO通信系统下行链路干扰建模和协作调度研究,TN929.5
  5. 增强现实牙科虚拟手术的关键技术研究,TP391.9
  6. 虚拟手术系统中基于混合模型的切割仿真研究,TP391.41
  7. 虚拟手术力觉信息采集系统研究与实现,TH777
  8. 基于无网格方法的软组织形变模型,TP391.9
  9. FPGA工艺映射算法研究,TN791
  10. 600MW核电机组全范围模拟机系统模型软件的设计与实现,TM623.3
  11. 活塞排气气动发动机仿真分析研究,TK402
  12. 曳引电梯机械振动系统的固有特性与动力学响应,TU857
  13. 航空发动机组态建模仿真技术研究,V23
  14. 虚拟手术仿真系统中碰撞检测的研究,TP391.9
  15. 认知无线电MAC层关键技术仿真与评估,TN925
  16. 脉冲雷达信号处理系统仿真平台研究,TN957.51
  17. 多直流馈入系统运行特性分析,TM721.1
  18. 基于天文观测的高空长航无人机组合导航技术研究,V249.328
  19. 基于Vortex的月球车移动性能仿真与评价,V476.3
  20. 数据驱动控制算法软件仿真平台的设计与实现,TP273.2
  21. 具有力反馈的微创腹腔手术机器人虚拟手术技术研究,TP242

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
© 2012 www.xueweilunwen.com