微创手术培训系统软件平台设计.pdf

⑧天洋大謦咖硕士宦畚司Э谱ㄒ担作者姓名:指导教师:机械电程王振华洪鹰副教授
中文摘要关键词:目前,微创手术技术在医学领域的应用越来越广泛,而微创手术医生掌握该技术却需要较长的时间和昂贵的费用,为了解决微创手术医师的培训问题,本文设计和开发了微创手术培训系统软件平台。,利用开放式图形库搭建了虚拟环境仿真平台,完成了微创手术培训软件系统的对象建模ḿ负文P汀⑽锢砟P秃图扑隳P、碰撞检测、人机交互界面、模型渲染评硖肌⒐庹詹闹实和训练方案等程序模块的设计,为受训者提供了一个逼真的虚拟手术训练环境。根据微创手术的应用范围,利用建模软件蚉/直鸲陨及到的人体组织器官和手术器械进行几何建模。通过编写接绦颍贠环境下基于三角形网格造型法重新构建器官和手术器械模型的“面模型”。本文对虚拟手术过程中软组织颂迤鞴与刚性物体质跗餍的碰撞检测问题进行了深入研究。分析了层次包围盒碰撞检测算法的实现流程和基本几何元素间的相交测试计算。本系统基于包围盒设计了一套碰撞检测算法从而实现了虚拟手术场景中模型的碰撞检测和包围盒更新。本系统在线弹性物理模型的基础上,构造质点一弹簧模型作为人体器官的计算模型,引入弹性系数、阻尼系数、质量等参数来表现人体器官的物理特性。采用邻接矩阵表示模型的拓扑结构,并构造了模型的动力学方程,求解方程即可得到人体器官模型的形变和力反馈。?椤⒛P渲染模块和通讯模块等功能模块的开发,实现了设计的几种手术培训方案,使手术医师在虚拟手术环境下体验真实手术操作。微创手术培训软件系统的运行效果表明,基于虚拟现实技术的手术训练系统能够使受训者沉浸于逼真地手术操作中,实现手术医师与虚拟对象之间实时的交互作用,达到训练手术医师操作技能的目的。本文的研究成果,对于快速、经济地培养合格的微创手术医师有重要的实际意义,有助于微创手术技术的推广。虚拟现实微创手术手术培训系统,
.琱甌,/鎢譏丑∞疎...隕疢瓸琧勰·瑀..疎.·.瑃Ⅱ
.‘.,Ⅱ
⋯名:警黟签字日期:棚年,互畿争学位论文作者签名:互≮氏睾签字日期:矽护/年/月,/日签字日凝;沙赌辏鋐学位论文版权使用授权书独创性声明特授权:苤鲞盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤鲞盘茔或其他教育机构的学位或证本学位论文作者完全了解鑫鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得学位论文作者签名:月日
Ⅵ侵咐眉扑慊梢恢帜D饣肪常⑼ü嘀肿ㄓ蒙璞甘褂没А巴度搿钡近十余年来,计算机技术的发展进入了虚拟世界的领域,虚拟现实技术已经成为发展最快的一项多学科综合技术。利用虚拟现实技术能够生成逼真的虚拟环境,用户可以与虚拟环境中的对象进行交互,从而产生身临其境的感受和体验。随着相关技术的飞速发展,虚拟现实技术已逐渐从实验室走向实际应用。目前,在军事、航空、航天、医学、教育等领域有着广阔的应用前景,日益显示出巨大的社会和经济效益潜力。微创手术培训系统就是虚拟现实技术与现代医学的结合,是虚拟现实技术的典型应用。目前,随着医学技术的发展,微创手术的应用越来越广泛。但是,对于外科医生来说,微创手术的复杂程度比较高,只有经过长时间的训练才能够熟练掌握,微创手术培训系统提供了一种有效手段来解决此问题。虚拟现实技术的定义【靠梢怨槟扇缦拢盒槟庀质导际、,縜虺该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术;技术可以让用户对虚拟世界中的物体进行观察或操作,同肘提供视、听、触觉等多种直观而又自然根据瓸岢龅男槟庀质导际拍睢緇】,虚拟现实系统通常具有以下特征:两;使用户感觉到已经融合到虚拟现实环境中去,能在真三维图像的虚拟空间中有目的地漫游、观看、触摸、听取和闻嗅各种虚拟对象的特征,沉浸在所研究的虚拟世界之中,成为系统的组成部分。换バ:用户根据在虚拟世界中所感受到的信息,形成自己想要实施的动作或策略,通过输入界面反馈给系统,实现与系统的交互和独立自主地控制系统运行的功能。胂:用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为,通过联想、推理和逻辑判断等思维过程,随着系统的运行状态变化对系统运动的未来进展进行想象,以获取更多的知识、认识复杂系统深层次的运动机理和规律性。的实时感知。,
.