虛擬手術若干關鍵技術研究.pdf

1、虛擬手術是一門新興的綜合性學科，涉及到醫(yī)學、計算機圖形學、圖像處理、生物力學、材料科學等諸多領域的技術。虛擬手術系統(tǒng)的研究宗旨是為外科醫(yī)生提供可以反復使用的訓練、學習和模擬的虛擬環(huán)境，將其應用于手術規(guī)劃、手術演練和術中指導，這對于術前制定最佳手術方案和保證手術成功具有十分重要的意義。 論文在簡要介紹虛擬手術系統(tǒng)的研究概況和構成的基礎上，分析了虛擬手術中涉及到的醫(yī)學圖像分割、幾何建模、碰撞檢測、形變模擬、切割縫合、真實感圖形繪制、

2、觸覺反饋等關鍵技術。然后，本文針對其中的幾何建模、碰撞檢測、形變模擬和真實感圖形繪制技術進行了深入研究和探討。 本文首先對幾何建模進行研究，在剖析了常用方法的優(yōu)缺點基礎之上，提出并實現(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，容易實現(xiàn)。深入分析虛擬手術中碰撞檢測的特點，將虛擬手術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，并結合現(xiàn)有算法，分別針對三種情況進行討論與

3、研究。文中對虛擬手術中變形模擬展開研究，在認真分析現(xiàn)有方法基礎上，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稱性、帶狀性和稀疏性等特點，對有限元方法進行了改進。通過實驗證明，該算法的速度能滿足大多數(shù)虛擬手術的要求；在虛擬手術系統(tǒng)中，真實感圖形繪制的逼真性和實時性對系統(tǒng)的性能至關重要，本文對面繪制和體繪制兩類方法進行了概述、比較，針對虛擬手術中視覺反饋的需要，提出了一種體繪制和面繪制相結合的真實感繪制方法；最后，論文對該