虚拟手术中软组织形变过程研究与实现

论文摘要

随着现代科技不断的发展,计算机应用技术已经渗透各个学科的研究中。其中具有典型的是计算机技术与医学相结合的产生的虚拟手术课题的研究。虚拟手术主要涉及技术有医学手术技术,图像处理技术,人机交互技术,虚拟现实技术,人工智能以及传感器技术等。虚拟手术研究方向又可以分为六大分支,包括模型重构,碰撞检测,软组织形变,软组织切割,力反馈设备,以及真实感绘制六大方面。从中可以看出软组织形变研究是虚拟手术的关键研究技术之一。本文将对软组织形变这一关键技术进行详细的研究。软组织形变可分为三大部分,一是形变前期处理,二是形变计算,三是形变结果绘制。同时本文将从三个方面对软组织形变的进行研究。首先,本文介绍形变中软组织的质点弹簧与有限元模型两种模型,通过对这两种模型的理论分析,并就其模型的特点与适用范围给出了意见,同时通过实验对比模型在形变中的优劣性。其次,针对形变前期处理中受力点位置与受力点力的转移问题,提出了二维基于随机函数的受力点寻址算法,通过该算法,使得受力点移置到它的最邻近点上去。最后,给出了基于面积匹配约束的受力点寻址三维算法,主要是用于解决一些扁平状软组织受力时的受力点处理问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟手术研究的背景与意义
• 1.2 形变研究的国内外现状
• 1.2.1 非物理模型
• 1.2.2 物理模型
• 1.3 本文的研究工作
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 虚拟手术系统概述
• 2.1 虚拟手术功能框架
• 2.2 虚拟手术软组织形变功能模块概述
• 2.3 本章小结
• 第三章 软组织形变模型
• 3.1 软组织力学特性与物理模型
• 3.2 质点弹簧形变模型
• 3.2.1 质点弹簧模型积分求解
• 3.2.2 模型仿真形变
• 3.3 有限元形变模型
• 3.3.1 有限元理论
• 3.3.2 模型仿真形变
• 3.4 形变模型比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 软组织受力点处理方法研究
• 4.1 软组织形变结构
• 4.2 基于随机函数受力点寻址二维算法
• 4.2.1 问题的提出
• 4.2.2 算法描述与分析
• 4.3 三维受力点寻址算法
• 4.3.1 问题的提出
• 4.3.2 算法描述与分析
• 4.4 质点弹簧模型受力点处理研究
• 4.5 有限元模型受力点处理研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 软组织形变模块的设计与实现
• 5.1 形变模块整体功能流程
• 5.2 形变模块设计
• 5.2.1 OpenGL工具简介
• 5.2.2 Microsoft Visual Studio平台
• 5.2.3 形变数据结构
• 5.3 形变模块的实现与分析
• 5.3.1 形变模块的实现
• 5.3.2 形变过程结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间完成的研究成果