虚拟交叉韧带手术中的模型表达及切割仿真

【摘要】虚拟手术仿真系统是现代医疗手术和虚拟现实技术的结合。虚拟手术仿真系统以实时性、稳定性、精确度和逼真度为原则,对医学数字图像三维可视化、软组织形变切割、力反馈、实时通信技术等有着较高要求。交叉韧带是维持膝关节运动最重要的结构组织,能够保持膝关节静力稳定性。交叉韧带损伤是最常见的膝关节疾病之一,医生常采用关节镜手术进行诊治,膝关节镜手术对医生的手眼协调能力有着极高要求。本文研究了交叉韧带物理属性,分析交叉韧带手术基本操作,从视觉和触觉角度出发对交叉韧带手术进行仿真模拟。本文研究内容如下：(1)基于医学数字图像的交叉韧带软组织三维重建。针对传统手术仿真系统中模型精度较低的问题,对医学二维序列数字图像(CT)进行研究,用开源软件工具VTK对CT图像处理,进行三维模型重建,得到了较高精度的交叉韧带软组织模型。对交叉韧带的生物力学属性进行分析,为软组织物理模型的构建提供依据。(2)软组织切割算法的研究。从切割实时性角度出发,为交叉韧带构建计算模型、视觉模型和碰撞模型,提高了计算效率。采用多模态映射机制,实现不同模型的计算和显示同步。定义交叉韧带模型的四面体拓扑结构及拓扑更新算法,使用四面体单元去除法完成切割仿真,保证了系统的稳定性。(3)虚拟手术中触觉反馈的研究。分析触觉反馈过程,根据操作步骤将手术过程中的反馈力划分为面弹力和摩擦力,并分别为其建立物理模型,对力的大小计算进行了研究。(4)实验原型系统的开发。设计虚拟交叉韧带仿真系统功能,采用面向医学仿真的开源软件开发包SOFA完成系统搭建,达到了手术仿真模拟、手术操作评价和知识学习的目的。
【作者】文俊伟；
【导师】李晋芳；
【作者基本信息】广东工业大学，机械电子工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】虚拟手术；交叉韧带；多模态；软组织；切割仿真；

【参考文献】
[1]苏容芳.A银行南京分行房地产信贷风险控制问题研究[D].南京大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[2]苏跃斌,郭进,郭瑞.基于幂图的属性约简[J].控制与决策,2014,04:743-747.
[3]周俊.我国铁路冷藏集装箱运输发展及运营问题研究[D].北京交通大学,2009.
[4]王伟.拉威尔四手联弹《鹅妈妈》研究[D].山东师范大学,艺术（专业学位）,2013,硕士.
[5]周以立.网络硬盘文件资源管理系统的设计与开发[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[6]史文琦,邵伟民,井文涛,董少军.SDSS中空间知识库系统模型的设计[J].计算机工程,2002,01:84-85+257.
[7]季启彬.基于Bell态和W态的量子操作分享研究[D].安徽大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[8]皇苏斌.基于普适计算的智能停车系统的研究[D].安徽工程大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[9]肖丽娜.煤炭企业社会责任绩效评价研究[D].山东师范大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[10]方媛.中国与中亚五国农产品产业内贸易研究[D].新疆农业大学,产业经济学,2012,硕士.
[11]张宁.混凝土箱梁温度场试验及温度效应理论研究[D].重庆大学,土木工程,2014,硕士.
[12]王婧.关键词广告中的剽窃行为对用户品牌认知影响机制研究[D].南京大学,企业管理,2013,硕士.
[13]熊竹.微创意·微内容·微营销[D].西南大学,传播学,2014,硕士.
[14]魏茜.尖叶假龙胆化学成分及含量测定研究[D].北京中医药大学,中药化学,2014,硕士.
[15]朱明清,王智灵,陈宗海.基于灰色预测模型和粒子滤波的视觉目标跟踪算法[J].控制与决策,2012,01:53-57.
[16]侯洁.基于系统动力学的我国煤炭资源供需系统研究[D].中国矿业大学,工程管理,2014,硕士.
[17].零售商业全渠道营销时代开启——专访容易网创始人/CEO陈从容[J].市场瞭望(上半月),2014,02:50-53.
[18]葛琳.给水管网优化设计及其CAD的研究[D].湖南大学,市政工程,2003,硕士.
[19]龚建彬,龙春光,粟洋,曹太山,周扬.基于原位反应制备CuO/PPS复合涂层的热性能和摩擦学性能[J].长沙理工大学学报(自然科学版),2012,02:87-91.
[20]任照峰.中豪大酒店暖通空调设计研究[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[21]金荣.糖对不同磷素水平马铃薯植株的生理调控[D].甘肃农业大学,植物学,2013,硕士.
[22]甘小荣.SiC及其纳米复合材料的制备和表征以及光催化性能[D].大连理工大学,功能材料化学与化工,2013,硕士.
[23]王凯.河北省利用外商直接投资相关问题探析[D].河北经贸大学,国际商务（专业学位）,2014,硕士.
[24]任慧.我国国家级自然保护区数量特征研究[D].湖北大学,人文地理学,2012,硕士.
[25]张捷.菊芋用于寒区盐碱地公路绿化的研究及景观评价[D].东北林业大学,森林植物资源学,2014,博士.
[26]张雷,刘惠玲,张博.超声强化臭氧降解三元驱采油污水聚丙烯酰胺机制研究[J].化工学报.
[27]胡连影.解读《意义（？）文本》模式[D].首都师范大学,2011.
[28]朱维根.金山店铁矿改扩建方案[J].矿业快报.2004(11)
[29]彭安洪.基于RBF和云自适应粒子群盲源分离的算法研究[D].新疆大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[30]OFweek电子工程网讯.石墨烯的另一面环境污染物[J].青海科技,2015,01:50-53.
[31]李婷婷.番茄花叶病毒外壳蛋白与烟草IP-L蛋白的互作分析[D].西南大学,植物病理学,2013,硕士.
[32]刘三亚.图像局部增强算法的研究与实现[D].宁夏大学,电子与通信工程（专业学位）,2014,硕士.
[33]申敬敬.藁城话语音研究[D].河北师范大学,语言学及应用语言学,2012,硕士.
[34]张虎.一种具有L型栅和部分p型隔离层的4H-SiC MESFET[D].西安电子科技大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[35]陆礼垠.增强国有企业控制力与维护国家经济安全研究[D].复旦大学,马克思主义中国化研究,2012,硕士.
[36]李朝阳.高校学生社团现状研究[D].苏州大学,高等教育学,2013,博士.
[37]李兰婷.拜占庭风格镶嵌画视觉艺术特征在现代招贴设计中的运用[D].西南交通大学,工业设计工程,2013,硕士.
[38]黄桂红.营销管理新视点:顾客关系管理[J].赣南师范学院学报,2001,05:71-73.
[39]余达太,蓝荣钦,张世涛,关爱杰.空间数据挖掘的方法和实施[J].测绘学院学报,2003,02:132-134.
[40]王慧.辛伐他汀—骨粉混合物对种植体周围骨重建内破骨细胞的影响[D].山西医科大学,口腔临床医学,2013,硕士.
[41]王宇.鹤大高速公路边坡滑坡治理研究[D].长安大学,交通运输工程,2013,硕士.
[42]刘亚斌,王泽颖.明末天主教儒士朱宗元与西学的接受——兼对刘耘华“阳‘天’阴儒”观的回应[J].济南职业学院学报,2014,01:86-89+104.
[43]胡松伟.Hardy空间相关于拟微分算子的刻画[D].华中师范大学,应用数学,2013,硕士.
[44]牛冠群.中山市城市道路交通管理信息化研究[D].华南理工大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[45]王朝刚.集中供热应急模拟仿真演练系统开发[D].北京建筑大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[46]侯国辉.基于货主需求的3C类货运市场竞争状况分析[J].中国物流与采购,2014,10:74-75.
[47]武斌.高速铁路与民航运输的竞争研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[48]田冬梅.非物质文化遗产文化空间保护研究[D].山东大学,文物与博物馆学（专业学位）,2013,硕士.
[49]卢鹏,王锡淮,肖健梅.基于粗糙集和图论的电力系统故障诊断方法[J].控制与决策,2013,04:511-516+524.
[50]张之武.大气压低温等离子体疗法在小鼠伤口愈合过程中的实验研究[D].中国科学技术大学,机械电子工程,2014,硕士.