虚拟现实技术在微创手术培训机中的应用

天津大学硕士学位论文虚拟现实技术在微创手术培训机中的应用姓名：李基沛申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：洪鹰20050101虚拟现实技术在微创手术培训机中的应用作者：李基沛学位授予单位：天津大学参考文献(34条)1.PSGreenTelepresenceSurgery1995(03)2.RHTaglorATeleroboticAssistantforLaparoscopicSurgery1995(03)3.GSGuthartTheIntuitiveTelesurgerySystem:OverviewandApplication20004.Dony-sooKwonMicrosurgicalTelerobotsystem19985.MCCavusoglnALaparoscopicTelesurgicalWorkstation19996.刘国礼现代微创外科学20037.PelosiMA.PelosiMAⅢLaparoscopicappendectomyusingasingleumbilicalpuncture(minilaparoscopy)1992(07)8.唐雷.浙江大学计算机系虚拟手术初解20019.MLazeronsTelemanipulatorDesignforMinimallyInvasiveSurgery199710.汪成为.王行人灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用199611.黄心渊.戈建海.古梅.齐东旭体现动画技术在动画中的应用研究199712.EarnshawRAVirtualrealitysystem199313.赵沁平.怀进鹏.李波虚拟现实研究概况[期刊论文]-计算机研究与发展1996(7)14.齐东旭.马华东.黄心渊计算机动画原理与应用199815.查看详情16.SatavaRM.FriedMPAMethodologyforObjectiveAssessmentofErrors:AnExampleUsinganEndoscopicSinusSurgerySimulator(ES3)200217.查看详情18.查看详情19.张海田.王秋生.邓绍庆电视腹腔镜胆囊切除术中转开腹手术的原因分析199720.GuoliLiuCurrentstarusoflaparoscopicsurgeryinChina:Reviewofmorethan150000cases199921.张秀山虚拟现实技术及编程技巧199922.WorldToolKitReferenceManual199923.WorldToolKitWindowsNTHardwareGuide199924.WorldToolKitC++ProgrammingGuide199925.杨宝民.朱一宁分布式虚拟现实技术及其应用200026.胡峪.刘静VisualC++编程技巧与技术200027.ChrisPappas.WillimHMurrayⅢ,VisualC++5.0参考大全199828.KateGregoryVisualC++开发使用手册199829.黄心渊.李明辉.李畅3DStudioMAX技术精髓199830.唐泽圣.刘九如.王珊三维动画3DStudioMAX200031.路慧彪.邹玉堂.王跃辉3DStudioMAX5应用教程200332.嘉木工作室Pro/E实体建模实例教程200333.黄圣杰.张益三实战Pro/Engineer曲面设计(适用2001版)200334.廖朵朵.张华军实时动态仿真三维立体图形的研究与实现相似文献(10条)1.期刊论文王田苗.胡磊.王满宜.高书图.王宗仁.WangTianmiao.HuLei.WangManyi.GaoShutu.WangZongren矫形外科微创手术与导航技术研究进展-高技术通讯2005,15(4)矫形外科手术导航技术是矫形外科手术微创化的基础技术之一,医生通过手术导航系统可以进行术前的手术规划和手术方案模拟,还可以进行术中的手术监视和干涉,从而保证了医生方便、快捷、高效地完成各种复杂手术.本文综述了矫形外科手术特点和导航技术的最新发展,分析了导航系统的功能和系统组成,从医学图像、定位技术、系统配准的角度介绍了矫形外科导航系统的特点,为我国矫形外科导航手术的发展提供了借鉴和参考.2.学位论文王振华微创手术培训系统软件平台设计2005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.本培训系统以VC++6.0为软件开发环境,利用开放式图形库OpenGL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(包括几何模型、物理模型和计算模型)、碰撞检测、人机交互界面、模型渲染(纹理贴图、光照材质等)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3D建模软件3DSMAX和Pro/E分别对涉及到的人体组织器官和手术器械进行几何建模.通过编写接口程序,在OpenGL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(人体器官)与刚性物体(手术器械)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AABB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.利用VCH6.0和OpenGL搭建的平台完成了系统人机交互界面模块、模型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.3.会议论文袁媛.翁冬冬.王涌天.刘越基于增强现实的鼻内镜微创手术导航系统2008近年来增强现实技术给手术导航系统带来了更直观的显示方法,增强现实技术运用在鼻内镜微创手术中将较好地解决内镜下的影像和导航仪提供的图像的显示问题,降低了手术的风险.本文提出了一个基于增强现实的鼻内镜微创手术导航系统,能将虚拟模型和病人的鼻内镜术野图像以及手术器械融合显示,从而提供病人鼻窦结构的准确空间信息,并可将手术禁区突出显示于导航屏幕,当手术器械接近手术中危险区域例如颅腔和动脉时,对手术器械越位进行报警提示,所研制的系统在临床应用中具有十分广阔的应用前景.4.学位论文丁再珍基于虚拟现实技术的微创手术系统研究2006微创手术是现今医疗服务的方向，虚拟微创手术的研究和发展不但可以节约培训医务人员的成本和时间，而且也可以降低非熟练人员进行实习手术时的风险，对提高我国的医学教育水平和整体医疗水平具有重要意义。本文综述了虚拟微创手术系统的结构和构成模块。在此基础上，对构成虚拟微创手术系统的关键技术进行了深入的研究和探索。在几何建模方面，利用3D建模软件3DSMAX和SolidWorks分别对涉及到的人体组织器官和手术器械进行几何建模，并将几何模型保存为三角形网格模式的ASE和STL文件，通过编写接口程序，便于在虚拟手术场景中处理。在物理建模方面，采用线性弹性模型，构造质点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，并建立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反馈力。在碰撞检测方面，采用基于层次包围盒和量的方法进行精确高效碰撞检测，找出碰撞发生的具体位置并计算碰撞力的数值。同时对虚拟手术中的虚拟手术器械工作原理和实现方法进行研究，提出采用气动力装置进行力反馈的方法。最后，构建了Windows操作系统下基于OpenGL的虚拟微创手术软件平台，提供逼真虚拟微创手术训练场景和手术培训方案，对微创手术关键技术进行验证和仿真。5.学位论文李莉敏虚拟微创手术训练系统的设计与研究2007随着科学的不断发展，微创手术技术在医学领域的应用越来越广泛，因此对于虚拟微创手术训练机(MIST-VR)的需求愈加迫切，而虚拟现实技术的出现使对它的研制与开发已经成为一种必然。本课题着重对虚拟微创手术训练机进行设计与研究。主要内容包括该系统的机构设计、数据采集接口设计，以及基于OpenGL图形数据库对虚拟现实系统模型游走的数字驱动的研究。具体研究内容如下：首先，通过分析微创手术的特点，设计了虚拟微创手术训练系统的操作机构，包括结构方案的分析与确定，传感器的选型，并运用AutoCAD和SolidWorks分别对操作结构进行结构设计和三维建模。为虚拟现实系统搭建了硬件平台。其次，为实现向虚拟微创手术训练系统提供有效的数据，专门设计了一套数据采集系统。它包括数据采集的硬件设计和数据采集的接口设计。通过该系统实时采集手术器械的空间位置数据，从而确定了模型在虚拟空间中的游走轨迹和位置。采用VisualC++语言，并利用PCI-1711L提供的DLL(动态链接库)进行编程，开发出适合于微创手术训练系统控制部分的数据接口。最后，在基于PC-VR的微创手术系统软件平台上，采用C++语言和OpenGL三维图形数据库，编写接口程序，从数据采集的接口直接调用数据来实现虚拟手术的操作过程。该研究顺应了现代计算机科技与医学紧密相结合的发展趋势，其成果的应用将有助于微创手术更快更好的推广和医疗科技水平的提高。6.期刊论文张丽.ZHANGLi数字化手术导航系统的原理与应用-医疗卫生装备2010,31(1)目的:研究美国StrykerNavsuiteTM数字化手术导航系统的工作原理和关键技术.方法:手术导航系统应用智能追踪、虚拟现实、图像处理和系统配准等原理,构建患者三维虚拟解剖结构,实现术中的精确导航.结果:导航系统可以提供安全、精确和可靠的实时3D导航,辅助医生完成高难度的微创手术.结论:数字化手术导航系统作为最先进的创新性技术是数字化手术室的重要组成部分,对促进医院获得最大经济效益和社会效益有着重要的意义.7.学位论文庄小龙虚拟现实立体视觉信息采集与显示系统构建2010立体视觉是虚拟现实的重要组成部分，也是计算机视觉的重要组成部分。微创手术是当今外科手术的一个比较前沿的领域，但是目前的微创手术中存在一个棘手的问题，就是医生只能得到病人体内器官的二维信息。深度信息的丧失，给医生的手术操作带来了很大的困难，并且容易造成手术的失误，给病人带来更大的手术痛苦并留下后遗症。如果医生进行外科手术时，能够获得病人体内的三维信息，近似达到直视病人体内组织器官的效果，就可以减少手术的难度。因此如何获取病人体内的三维信息是一个非常重要的问题，立体视觉技术能够较好地解决这一问题，可以为微创手术带来高效的手眼一致性。本文首先深入研究了立体视觉的相关技术，并分析了一套完整的立体成像系统所需要的技术和设备；然后在比较了两种双目视差模型之后，决定选用平行双目模型作为本系统立体成像的基础；作者通过对当前几种计算机立体显示技术的对比，并根据目前实验室已有的条件，决定选用“分像法”作为本课题立体显示的技术。在确立了双视差视觉模型和立体显示技术之后，本文根据立体视觉数据的不同，将本系统主要分为两部分：双CMOS立体成像系统和虚拟双目立体成像系统；选用OpenGL作为整个软件系统的开发工具。双CMOS立体成像系统是以微创手术为应用背景而进行设计和加工的，它以PC机为运行平台，利用作者开发的软件平台，实现了实时的立体显示；虚拟双目立体成像系统主要是用来实时显示另外一个立体数据源，即三维模型