虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)學(xué)科的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)與醫(yī)學(xué)手術(shù)相結(jié)合形成了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要應(yīng)用--虛擬手術(shù)。虛擬手術(shù)為用戶(hù)提供了手術(shù)場(chǎng)景的真實(shí)再現(xiàn)，可應(yīng)用于手術(shù)術(shù)前規(guī)劃和外科醫(yī)生培訓(xùn)等領(lǐng)域。毫無(wú)疑問(wèn)虛擬手術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域起到了重要的作用。
　　 傳統(tǒng)手術(shù)訓(xùn)練使用人類(lèi)的尸體、動(dòng)物或橡膠人體模型作為訓(xùn)練對(duì)象，存在著諸多局限和問(wèn)題，虛擬手術(shù)技術(shù)的出現(xiàn)成為解決此類(lèi)問(wèn)題的重要手段。這種手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)能夠?qū)κ中g(shù)全過(guò)程進(jìn)行訓(xùn)練，這將極大地提高

2、外科手術(shù)的學(xué)習(xí)效率、降低手術(shù)訓(xùn)練成本。為了推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)浸入式虛擬手術(shù)系統(tǒng)技術(shù)，模擬真實(shí)手術(shù)環(huán)境，本論文研究并搭建了虛擬手術(shù)系統(tǒng)可視化基礎(chǔ)平臺(tái)。
　　 首先，在VC++6.0編程環(huán)境下構(gòu)建基于三維圖形接口OpenGL的MFC單文檔應(yīng)用程序；根據(jù)手術(shù)的實(shí)際需要添加輔助操作按鈕，實(shí)現(xiàn)處理三維模型的基本功能，如顯示其視圖變換、面模型與網(wǎng)格模型切換、法向量顯示、力覺(jué)數(shù)據(jù)輸出等功能；
　　 其次，改進(jìn)幾何模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用人體水平切

3、片、三維重建軟件Amira和三維處理軟件3DS Max8.0進(jìn)行三維人體器官建模，保存為3ds文件，通過(guò)編程將3ds文件導(dǎo)入到所建立的手術(shù)系統(tǒng)框架中，實(shí)現(xiàn)多虛擬對(duì)象的幾何模型的建立；
　　 第三，提出局部形變算法并采用質(zhì)點(diǎn)，彈簧模型建立虛擬對(duì)象的物理模型，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本論文提出的局部形變模型在虛擬手術(shù)系統(tǒng)的整體性能上有了較大提高。實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的形變仿真，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)觸診的訓(xùn)練功能。與此同時(shí)，比較在虛擬手術(shù)中幾種常用的數(shù)值計(jì)算方

4、法，提出在某些精細(xì)的手術(shù)中應(yīng)用不同的計(jì)算方法，以提高系統(tǒng)的整體性能；
　　 第四，提出一種基于貝塞爾曲線(xiàn)的虛擬軟組織切割模型，生成了光滑的切口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬對(duì)象的切割仿真，解決了虛擬手術(shù)切割效果不真實(shí)的問(wèn)題；
　　 最后，采用力覺(jué)渲染庫(kù)OpenHaptic進(jìn)行力覺(jué)渲染，利用PHANToM Omni力反饋設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬對(duì)象間的人機(jī)交互功能，利用3D Vision技術(shù)進(jìn)行視覺(jué)渲染達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果；
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證