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《沈阳工业大学》 2018年
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基于虚拟现实技术的力反馈手术平台的研究

邵岩  
【摘要】:随着计算机技术的发展与应用,现代人的生活正越来越多的收到信息化的影响,与虚拟现实技术相结合的虚拟手术应运而生。虚拟手术不但能在很大程度上解决新医生的手术培训问题,还能够对手术进行术前规划、术中指导以及术后重现等传统手术完全不可能实现的一系列操作。本文以肝脏为手术对象建立虚拟手术平台。首先,虚拟手术几何建模方面,手术器械采用Solidworks建模。形状结构不规则的肝脏组织使用医学建模软件Mimics,根据肝脏CT图像,针对不同组织具有不同HU值这一特点进行三维重建。其次,虚拟手术物理建模方面,对于虚拟手术器械,在手术器械前端面上使用规则排列的骨骼球进行物理建模;对于肝脏组织,使用TetGen算法对肝脏STL文件进行四面体分割,分割后的网格顶点上布置骨骼球,在相邻顶点之间布置并联的弹性弹簧和阻尼器,建立质点弹簧模型,构成肝脏的物理模型。再次,软件方面,使用开源C++库CHAI3D编写肝脏组织变形程序和力反馈程序,利用触觉反馈装置与虚拟环境中的手术器械实现联动。编写碰撞检测算法,使用AABB包围体对手术器械和肝脏组织模型进行精确、快速的定位于检测。硬件方面,使用3D眼镜和144Hz显示器,将虚拟手术场景实现立体显示并能在是三维空间中旋转和移动。最后通过实验,合适地选择质点弹簧模型中顶点数量来维持仿真中视觉刷新频率和触觉刷新频率稳定,完成虚拟手术中触碰等常规操作并使肝脏模型得到快速的形变响应以及快速反馈出正确的反馈力,证明了虚拟肝脏手术平台的实时性和真实性。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:R319;TP391.9

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