基于力反饋的虛擬手術切割技術研究.pdf

1、虛擬手術是虛擬現(xiàn)實技術與現(xiàn)代醫(yī)學的完美結合,相應地虛擬手術仿真系統(tǒng)是一個通過在視覺和觸覺等多方面為用戶提供逼真的虛擬手術場景以對新任外科醫(yī)生進行術前培訓的虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng),還可用于手術效果預測、手術導航等領域。借助于虛擬手術仿真系統(tǒng)不僅大大節(jié)約了培訓新任外科醫(yī)生的費用和時間,而且降低了手術過程中的風險性,在手術訓練和復雜手術的推廣方面發(fā)揮著顯著的作用。
　　軟組織器官的切割操作是虛擬手術仿真系統(tǒng)研究的重點與難點。系統(tǒng)中的切割仿真除

2、了對實時性、穩(wěn)定性有要求之外,還應滿足操作者在視覺和觸覺兩方面對真實感的要求,即切口平滑性和作用力的反饋。
　　本文主要針對虛擬手術軟組織體模型切割技術研究中常出現(xiàn)的切口不平滑和實時性差等問題展開了深入研究,創(chuàng)新性地提出了一種基于貝塞爾曲面的體模型切割算法,設計并實現(xiàn)了一個基于力反饋的軟組織模型切割仿真系統(tǒng)。并在切割過程中增加了切口周圍軟組織的形變與恢復功能,使切割效果更加逼真。
　　首先,根據(jù)基于力反饋的虛擬手術切割仿真系

3、統(tǒng)的基本構成要素,確定系統(tǒng)的總體結構、程序設計框架、系統(tǒng)的軟件和硬件組成以及軟件功能模塊。
　　其次,幾何建模方面,本文借助視覺渲染工具OpenGL建立虛擬人體皮膚軟組織體模型。物理建模方面,選用質點-彈簧/阻尼器模型作為切割過程中軟組織形變和切割及觸覺交互的計算模型。
　　再次,以貝賽爾曲線在面模型切割過程中的應用為背景,提出了一種新的基于貝塞爾曲面的體模型切割算法,使得在視覺方面,無論在表面切口還是在向里凹陷的深度切面上