虚拟手术训练系统中的流程建模与技巧评估

论文摘要

虚拟手术是虚拟现实技术和现代医学交叉融合的一门新兴学科,融合了计算机技术、计算机图形学、现代医学、生物力学、图像处理、人工智能等多个领域的知识。虚拟手术是指利用虚拟现实技术和医学影像数据,给医生提供一个虚拟的手术环境,使医生借助虚拟环境中的信息进行手术操作,并且对医生的操作给出相应的多通道反馈,提供给逼真的手术体验。虚拟手术的出现,为手术训练提供了新的办法。传统的训练方式是用人造模型、尸体或动物等来模拟手术操作,但存在资源稀少、造价昂贵等问题。虚拟手术解决了传统训练方式的问题,能够对新医生进行有效的训练,新医生可以用它来熟悉手术环境,练习手术操作,预演手术过程。现有的虚拟手术训练系统多是用来训练医生的手眼合作能力,以及特定手术操作中的动作技巧。但是,对于医生来说,掌握完整的手术流程是同样重要的。外科医生必须能够按照正确的手术流程来完成手术任务,并且能够对手术过程中的突发事件或错误动作做出快速适当的反应。本文的虚拟手术系统就是针对这个需求。本文设计并实现了一个基于Web的手术仿真训练系统,主要目的是对用户进行完整的手术训练,帮助用户熟悉整套的手术流程,获取完整的手术经验。系统包括流程设计器和手术仿真器两部分,面向的用户为经验丰富的专家和需要受训的新医生。流程设计器供专家使用,可以用来设计某个手术的完整流程,将流程使用有限状态机建模,并保存成XML文件供受训者参考使用。这部分用Flex实现,在Eclipse下开发完成。手术仿真器使用Flash实现,手术模型用3DMax完成,给受训者提供了手术环境,可以载入之前专家设计好的流程模型文件,仿真器具有离散事件检测能力,可以检测用户的操作,与流程文件对照并给出反馈,实时提示用户当前的操作和手术器官状态。手术仿真部分可以记录用户的有效操作,对其进行打分和评估,并且可以将受训者的操作保存为日志文件,供其以后复习、参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟手术简介
• 1.1.1 虚拟手术研究意义
• 1.1.2 虚拟手术的国内外研究概况
• 1.2 手术流程建模相关研究
• 1.2.1 手术流程建模研究背景
• 1.2.2 手术流程建模思想
• 1.2.3 商业流程建模方法在手术流程建模中的应用
• 1.3 本文的主要内容
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 基于web的虚拟手术训练系统结构
• 2.1 系统目标
• 2.2 系统分析与设计
• 2.3 系统结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 手术流程设计器分析与实现
• 3.1 手术流程建模方法选择
• 3.2 有限状态机实现流程建模
• 3.3 流程设计器实现
• 3.4 手术流程描述文件
• 3.5 本章小结
• 第四章 虚拟手术仿真实现
• 4.1 手术场景创建
• 4.2 手术过程关键点定位
• 4.3 手术操作技巧评估
• 4.3.1 手术流程描述文件读取
• 4.3.2 事件侦听与事件捕捉
• 4.3.3 操作判断与技巧评估
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统展示
• 5.1 系统展示
• 5.2 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 攻读学位期间参加的主要科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表