虛擬肝臟手術(shù)中觸覺計(jì)算相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，虛擬手術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)手術(shù)訓(xùn)練中發(fā)揮了越來越重要的作用。傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練通常在尸體和動(dòng)物上進(jìn)行，這種方法不僅成本高，而且物理和生理特征表現(xiàn)與真實(shí)手術(shù)患者存在較大差異，這嚴(yán)重影響了手術(shù)訓(xùn)練的效率。虛擬手術(shù)通過為用戶提供真實(shí)的手術(shù)場景，模擬手術(shù)的操作步驟，解決了這一問題。虛擬手術(shù)為復(fù)雜手術(shù)的推廣和訓(xùn)練發(fā)揮了巨大的促進(jìn)作用，使現(xiàn)代手術(shù)訓(xùn)練向低成本、高可靠性的方向發(fā)展，具有巨大的實(shí)用前景和研究價(jià)值。
　　虛擬手術(shù)涉及計(jì)算

2、機(jī)圖形學(xué)、物體學(xué)、生理學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺等多個(gè)學(xué)科，是極具挑戰(zhàn)性的研究課題。觸覺交互功能是虛擬手術(shù)系統(tǒng)區(qū)別于其他手術(shù)訓(xùn)練方法的關(guān)鍵。在手術(shù)過程中，用戶通過操作觸覺交互設(shè)備與虛擬場景進(jìn)行接觸，完成手術(shù)步驟。因此，觸覺相關(guān)計(jì)算是虛擬手術(shù)系統(tǒng)的重要組成部分。
　　本文研究了虛擬肝臟手術(shù)中的觸覺計(jì)算相關(guān)問題，包括肝臟表面切割區(qū)域標(biāo)定、軟組織形變和肝實(shí)質(zhì)切割的模擬問題。
　　在肝臟表面切割區(qū)域標(biāo)定模擬方面，本文首先將該問題抽象為三角網(wǎng)格表

3、面測地線的計(jì)算問題。然后研究了幾種主流的三角網(wǎng)格表面測地線算法，分析了它們的時(shí)間復(fù)雜度。對(duì)迭代細(xì)分的測地線算法進(jìn)行了改進(jìn)，并將改進(jìn)后的方法應(yīng)用到肝臟表面切割區(qū)域標(biāo)定模擬中，獲得了真實(shí)的模擬效果。
　　在軟組織形變方面，本文首先討論了彈簧振子模型和形狀匹配方法這兩種實(shí)時(shí)形變方法。然后使用彈簧振子模型模擬了肝臟包膜的形變，并對(duì)快速網(wǎng)格形狀匹配法進(jìn)行了改進(jìn)，使用改進(jìn)后的方法模擬了肝臟的形變，模擬效果與真實(shí)手術(shù)相近。
　　在肝實(shí)質(zhì)切