神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中三維建模及人機(jī)交互技術(shù)研究.pdf

1、本文主要研究了神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的三維建模及人機(jī)交互技術(shù)。神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)在神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用，涉及到虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、神經(jīng)外科手術(shù)等多種學(xué)科，是一個(gè)多學(xué)科交叉的新興領(lǐng)域。神經(jīng)外科手術(shù)，特別是腦部的神經(jīng)外科手術(shù)，具有錯(cuò)綜復(fù)雜、神經(jīng)組織密集、操作空間狹小等特點(diǎn)，任何損傷都可能帶來(lái)嚴(yán)重的并發(fā)癥甚至死亡。而神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)能提供較理想的手術(shù)模擬效果和教學(xué)環(huán)境，它必然會(huì)對(duì)臨

2、床教學(xué)、手術(shù)計(jì)劃的制定、手術(shù)成功率的提高發(fā)揮巨大的推動(dòng)作用，因此，對(duì)它的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和廣闊的應(yīng)用前景。 本文針對(duì)神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。首先，建立了神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)所需要的三維模型：虛擬顱腦模型、虛擬手術(shù)室模型、虛擬手模型。虛擬顱腦模型利用VTK可視化工具包中體繪制三維重建算法建立，能夠比較真實(shí)地表現(xiàn)人頭顱的基本結(jié)構(gòu)；利用3DSMAX建立的虛擬手術(shù)室模型具有逼真的深度感和空間感，醫(yī)師進(jìn)行虛擬操作時(shí)

3、可以產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)；基于OpenGL建立的虛擬手模型充分考慮了系統(tǒng)的交互需求，并兼顧了人手的生理和物理特性，能夠滿足神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)的基本需要。在建立虛擬手模型的同時(shí)，本文還研究了當(dāng)前主要的面向OpenGL應(yīng)用的三維建模技術(shù)，針對(duì)這些技術(shù)分別做了建立虛擬手模型的實(shí)驗(yàn)，分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場(chǎng)合，提出了針對(duì)虛擬手術(shù)的建模思想。 本文提出了新的虛擬手抓取判定規(guī)則，以解決現(xiàn)有判定規(guī)則或繁或簡(jiǎn)，不適用于神經(jīng)外科虛擬手術(shù)的

4、缺點(diǎn)，盡可能使得虛擬手的抓取動(dòng)作協(xié)調(diào)、真實(shí)、自然，同時(shí)充分考慮神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性要求，滿足系統(tǒng)的交互需要。同時(shí)本文還分析了虛擬手常規(guī)的抓取過(guò)程，提出了相應(yīng)的抓取算法。 碰撞檢測(cè)是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，精確的碰撞檢測(cè)對(duì)提高虛擬環(huán)境的真實(shí)性、增加虛擬環(huán)境的沉浸性具有十分重要的作用。本文研究了虛擬手抓取過(guò)程中的碰撞檢測(cè)算法，并結(jié)合現(xiàn)有的成熟碰撞檢測(cè)庫(kù)ColDet提出了針對(duì)本課題的碰撞檢測(cè)算法。最后，基于上面所研究成