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《中南大学》 2011年
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3D虚拟现实内镜手术仿真关键技术研究

郁松  
【摘要】:随着科技的发展,计算机虚拟技术正在医学领域发挥着重要的作用,其中虚拟手术(又称为手术仿真)越来越多的被医学界所认可,虚拟手术已成为医疗信息学中一个非常重要的应用分支。 内窥镜手术复杂程度高,要求临床医生具备较高的手眼协调能力,需要经过长时间的训练。使用虚拟现实技术构建虚拟手术环境,实现内镜手术仿真培训,可以解决传统训练方式下成本高、无法重复等缺陷,目前已成为该领域中的一个非常重要的课题。 目前虚拟手术领域已有的研究成果,其重点在于医学图像的分割、三维重建、物理模型的建立,而对于力反馈模型的研究尚处于起步阶段。 本文重点研究了三维虚拟现实场景下内窥镜手术仿真中碰撞检测,软组织形变,切割和缝和线打结等关键算法,并对使用这些算法构建内镜手术培训系统进行了探讨。 在碰撞检测方面,本文针对内镜手术中碰撞的特点,构造手术器械、软体组织的混合碰撞检测模型,提出了一种基于混合层次包围盒检测算法,根据对算法的分析实验结果,该算法可以改善包围盒对手术器械、软体组织的包围紧密度,提高检测碰撞的速度和确定碰撞点的精度。 在提高器官软体组织形变仿真的计算速度上,根据腹腔器官组织的生物力学特征,提出了改进的受力点寻址算法和基于三角面积匹配邻近点查询算法,通过实验证明该算法可以提高形变仿真的响应速度,提高形变计算的实时性,以及仿真精度。 在实现软体组织切割仿真方面,针对目前切割仿真算法的缺陷,提出了基于顶点复制的切割分裂算法和基于顶点移动的切割细化算法.通过对比实验验证所提出的算法可以减少网格单元结构的增加,提高切口面的平滑精细程度和切割仿真的响应速度. 在实现缝合线打结操作仿真上,结合缝合线的特点,构建了缝合线的3维模型,提出了基于连续控制点的缝合线位置变换算法和基于球体包围盒的碰撞检测算法,实现缝合线打结过程的仿真。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R197.39;TP391.9

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张绍祥,王平安,刘正津,谭立文,邱明国,李七渝,李恺,崔高宇,郭燕丽,刘光久,单锦露,刘继军,张伟国,陈金华,王健,陈伟,陆明,游箭,庞学利,肖红,谢永明,许忠信,王欲甦,邓俊辉,唐泽圣;首套中国男、女数字化可视人体结构数据的可视化研究[J];第三军医大学学报;2003年07期
2 邢英杰,张少华,刘晓冰;虚拟手术系统技术现状[J];计算机工程与应用;2004年07期
3 魏迎梅,王涌,吴泉源,石教英,沙基昌;手术仿真中的碰撞检测研究[J];计算机研究与发展;2002年01期
4 魏迎梅,王涌,吴泉源,石教英;刚体在软体对象环境中的碰撞检测的研究[J];计算机学报;2001年08期
5 谭珂;郭光友;潘新华;王勇军;熊岳山;;一种鼻内窥镜虚拟手术仿真系统[J];计算机工程;2006年16期
6 范昭炜,万华根,高曙明;基于图像的快速碰撞检测算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2002年09期
7 阎丽霞,石教英;一种新的分层模型四面体重构算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2001年07期
8 潘振宽,崔树娟,张继萍,李建波;基于层次包围盒的碰撞检测方法[J];青岛大学学报(自然科学版);2005年01期
9 潘振宽,高波;手术仿真中基于质点—弹簧模型的人体组织变形仿真[J];青岛大学学报(工程技术版);2003年03期
10 范昭炜,万华根,高曙明;基于流的实时碰撞检测算法[J];软件学报;2004年10期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 魏迎梅;虚拟环境中碰撞检测问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
2 岳龙旺;外科手术机器人缝合打结研究[D];天津大学;2006年
3 王天柱;变形物体碰撞检测技术研究[D];吉林大学;2006年
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1 罗军;虚拟手术中基于有限元模型的切割算法的研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
2 胡志秋;虚拟手术中四面体切割及优化问题研究[D];青岛大学;2005年
3 王广伟;基于快速有限元法的虚拟手术技术研究[D];西南交通大学;2006年
4 曾妍文;面向显微外科手术的虚拟血管缝合仿真系统的研究[D];天津大学;2006年
5 黄鹏飞;虚拟手术中有限元形变建模及应用[D];上海交通大学;2007年
6 王晨;基于物理的柔性管形变建模实时仿真[D];浙江大学;2008年
7 张彦波;手术仿真中软组织切割方法研究[D];青岛大学;2007年
8 涂炜旻;虚拟手术中碰撞检测技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 王彦臻;改进的弹簧振子模型及其在虚拟手术中的应用研究[D];国防科学技术大学;2006年
【共引文献】
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1 孙秀伟;阎丽;李彦锋;;虚拟现实技术(VR)在医疗中的应用展望[J];医疗保健器具;2007年05期
2 高玉琴;何云峰;于俊清;;改进的基于AABB包围盒的碰撞检测算法[J];计算机工程与设计;2007年16期
3 朱合华,吴江斌;管线三维可视化建模[J];地下空间;2005年01期
4 薛静,卢习林;基于质点-弹簧模型的三维服装模拟[J];北京服装学院学报(自然科学版);2005年03期
5 田勇,李幼琼,郭京丽,刘敏,苏略,曲德伟,鲁澄宇;数字化颅脑结构体积及形心的测量[J];吉林大学学报(医学版);2005年04期
6 李恺,张绍祥;数字人体肝脏可视化研究[J];重庆医学;2005年10期
7 钟世镇;我国数字化虚拟人体研究现状和对策[J];科技和产业;2003年09期
8 张翔;廖文和;俞青;戴宁;安涛;;基于OpenGL的复杂多面体模型间距离计算及碰撞检测[J];东南大学学报(自然科学版);2006年02期
9 陈雷;伊明;陈二雷;;基于包围盒的碰撞检测算法研究[J];电脑知识与技术(学术交流);2007年14期
10 游箭,张绍祥,邱明国,陈伟,陆明,廖顺明,陈小余;腰神经根的薄层断面和CT解剖学研究[J];第三军医大学学报;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张安真;孙长嵩;徐俊杰;;一种基于图像的凸多面体碰撞检测算法研究[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(下)[C];2006年
2 董向阳;张佐刚;;基于层次包围盒的碰撞检测算法研究[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
3 李蔚清;吴慧中;;基于GPU的雷达盲区快速估算方法[A];中国图学新进展2007——第一届中国图学大会暨第十届华东六省一市工程图学学术年会论文集[C];2007年
4 李七渝;张绍祥;王平安;刘正津;林支付;谭立文;谢永明;;数字化人体大脑结构分割与重建初探[A];人体断面数据获取与图像处理研讨会论文汇编[C];2005年
5 马理辉;汪有科;吴普特;;灌区灌溉技术的虚拟筛选[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第二分册[C];2005年
6 刘卓;徐秀英;王博亮;;基于OpenGL的人眼晶状体建模与可视化[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
7 曹雷;饶真珍;贺毅辉;;基于导航网格的三维空间表示[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
8 董晶晶;夏青;游雄;张文明;;利用拾取技术实现虚拟场景漫游中的碰撞检测[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
9 郝晋兵;王重华;;集装箱桥吊仿真训练器及其数学模型[A];上海物流工程学会2003’论文集[C];2003年
10 Tomoyuki MIYASHITA;Takuma NAKAMURA;Hiroshi YAMAKAWA;;A Real-time FEM Simulation for Cutting Operation using Haptic Device[A];Proceedings of the Fourth China-Japan-Korea Joint symposium on Optimization of Structural and Mechanical Systems[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈(日午);关于真实感服装生成算法的研究[D];西北工业大学;2000年
2 余湛悦;并行化数控编程和加工仿真关键技术的研究与实现[D];南京航空航天大学;2003年
3 肖体兵;深海采矿装置智能升沉补偿系统的研究[D];广东工业大学;2004年
4 许妙忠;虚拟现实中三维地形建模和可视化技术及算法研究[D];武汉大学;2003年
5 庞学利;鼻咽癌放射治疗相关解剖及临床剂量学研究[D];第三军医大学;2004年
6 李七渝;人体大脑数字解剖模型构建及可视化研究[D];第三军医大学;2004年
7 翟百臣;直流PWM伺服系统低速平稳性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
8 陆永良;计算机虚拟现实环境三维服装设计[D];东华大学;2005年
9 唐秋华;分布式虚拟环境建模研究[D];武汉理工大学;2005年
10 游箭;经皮腰椎间盘穿刺入路的临床解剖学研究[D];第三军医大学;2005年
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1 吴强;基于OBB碰撞检测及其算法改进研究[D];郑州大学;2007年
2 蒋联源;凸壳算法及其应用研究[D];广西师范大学;2007年
3 刘伯兴;基于VR的物料搬运远程操作仿真研究[D];西南交通大学;2005年
4 王文波;基于空间几何位置的产品可装配性分析[D];浙江大学;2002年
5 张平;煤层抗截强度变化规律与采煤机能耗关系研究[D];辽宁工程技术大学;2002年
6 李剑;集装箱起重机仿真训练器的研制开发[D];上海海运学院;2003年
7 李迅;拟实装配环境的构建[D];河北工业大学;2003年
8 张青;虚拟手术中人体软组织变形仿真[D];青岛大学;2003年
9 雷丽晖;基于WEB的三维管线信息系统的设计与实现[D];西北大学;2003年
10 万华森;道路交通模拟器视景建模及图像生成研究[D];昆明理工大学;2003年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王征;虚拟手术中的软组织形变仿真算法研究[D];东南大学;2006年
2 单菊林;自适应有限元网格生成算法研究与应用[D];大连理工大学;2007年
3 郑杰;基于GPU的高质量交互式可视化技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
【二级参考文献】
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1 吴涓,宋爱国,李建清;一种基于物理意义的快速力反馈形变模型及实时力觉响应算法[J];传感技术学报;2005年01期
2 张绍祥,刘正津,谭立文,邱明国,李七渝,李恺,崔高宇,郭燕丽,刘光久,单锦露,刘继军,张伟国,陈金华,王健,陈伟,陆明,游箭,庞学利,肖红,许忠信,王欲甦,邓俊辉,唐泽圣;首例中国女性数字化可视人体数据集完成[J];第三军医大学学报;2003年04期
3 张绍祥,刘正津,谭立文,邱明国,李七渝,李恺,崔高宇,郭燕丽,刘光久,单锦露,刘继军,张伟国,陈金华,王健,陈伟,陆明,游箭,庞学利,肖红,许忠信,王欲甦,邓俊辉,唐泽圣;首例中国女性数字化可视人体数据集采集与可视化研究[J];第三军医大学学报;2003年05期
4 彭喜元,彭宇,戴毓丰;群智能理论及应用[J];电子学报;2003年S1期
5 张光全,程泰煦;小切口胆囊切除术的深部打结技术[J];肝胆胰外科杂志;2001年04期
6 李芙玲,张瑾;碰撞检测技术研究[J];华北科技学院学报;2004年02期
7 刘惠义,邱云,张春红;虚拟视景交互漫游系统的实时碰撞检测方法研究[J];河海大学学报(自然科学版);2005年03期
8 刘智斌,李占利,刘晓峰;织物动感实时模拟的碰撞检测方法研究[J];航空计算技术;2004年02期
9 李彬;田联房;陈萍;何元烈;叶广春;毛宗源;;基于模块化设计的三维医学图像体绘制方法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2006年01期
10 章勤,黄琨,李光明;一种基于OBB的碰撞检测算法的改进[J];华中科技大学学报(自然科学版);2003年01期
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1 王强;基于医学图像的曲面重构的基础算法研究[D];浙江大学;2001年
2 魏迎梅;虚拟环境中碰撞检测问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
3 曹春红;几何约束求解技术的研究[D];吉林大学;2005年
4 曹毅;显微外科手术机器人工作空间分析与综合[D];天津大学;2004年
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1 汪晗;基于进化计算的多目标优化与决策方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 李群智;机器人辅助显微外科手术系统的研究与开发[D];天津大学;2004年
3 檀鹏;基于OpenGL的虚拟现实开发平台设计[D];河北工业大学;2004年
4 崔树娟;包围盒方法在虚拟手术碰撞检测中的应用[D];青岛大学;2004年
5 丁杰男;显微外科手术机器人系统(MicroHand)的研究与开发[D];天津大学;2004年
6 霍滨焱;基于图像空间的碰撞检测算法[D];哈尔滨工程大学;2005年
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3 郁松;樊晓平;廖志芳;;3D虚拟现实内镜手术仿真培训系统的研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
4 王勇军;吴鹏;郭光友;谭珂;;支持力反馈的鼻腔镜虚拟手术仿真系统[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议(CIG’2001)和第一届全国虚拟现实技术研讨会(CVR’2001)论文集[C];2001年
5 金丹;王丹;苏秀云;张玉忠;张元智;余斌;裴国献;;踝关节骨折数字化虚拟手术设计系统的建立及其初步临床应用[A];第七届全国创伤学术会议暨2009海峡两岸创伤医学论坛论文汇编[C];2009年
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7 彭丰平;鲍苏苏;;计算机辅助腹部外科虚拟手术系统的应用研究[A];第十届中国科协年会论文集(三)[C];2008年
8 姜斐;熊岳山;谭珂;郭光友;;基于小波分析的卡尔曼滤波校正方法[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
9 黄鹏飞;顾力栩;张静思;宋佳思;邹岩岩;;虚拟手术中肾脏与血管案例的形变建模及切割缝合仿真[A];中国图学新进展2007——第一届中国图学大会暨第十届华东六省一市工程图学学术年会论文集[C];2007年
10 王丹;谢叻;金丹;赵志球;姜晓锐;黎建伟;裴国献;;基于UG和Mimics的股骨骨折三维虚拟手术研究[A];第七届全国创伤学术会议暨2009海峡两岸创伤医学论坛论文汇编[C];2009年
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1 本报记者 王握文 本报特约通讯员 刘少华;虚拟手术开创外科教学新模式[N];解放军报;2005年
2 记者 付雪;全省首例虚拟手术计划系统落户我市[N];大庆日报;2010年
3 通讯员 高翔 黄伟;我省完成全国首例“虚拟手术”[N];长江日报;2010年
4 孙刚;掌上电脑查病例 虚拟手术台练刀[N];解放日报;2008年
5 卜博 周定标;走进虚拟世界指日可待[N];健康报;2005年
6 中国建设教育协会 张明;让虚拟成为现实[N];中国电脑教育报;2006年
7 池晴佳;现代验尸让死者安心长眠?[N];科技日报;2008年
8 本报记者 冯建华 潘启雯 王建峰 吕莎 实习记者 陈静;六大科技对人类的挑战[N];中国社会科学报;2009年
9 记者 吴熹;虚拟医教系统成功投入使用[N];中国技术市场报;2011年
10 诚夫/编译;芯片与网络经济 文化的超越[N];中国信息报;2000年
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1 郁松;3D虚拟现实内镜手术仿真关键技术研究[D];中南大学;2011年
2 张峰峰;机器人辅助骨科虚拟手术系统研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
3 高永辉;虚拟手术系统关键技术研究[D];上海交通大学;2011年
4 李艳波;虚拟手术中软组织建模与碰撞检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 王大君;鼻腔镜仿真训练的研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2002年
6 王征;虚拟手术中的软组织形变仿真算法研究[D];东南大学;2006年
7 朱新勇;肝脏及其内部血管64排螺旋CT扫描数据三维重建及虚拟手术研究[D];第一军医大学;2007年
8 唐震;CT三维表面重建辅助颌面部整形手术系统的研究[D];第三军医大学;2004年
9 顾泽旭;基于CT三维重建的正颌外科诊断分析手术模拟及术后预测系统的应用研究[D];第四军医大学;2006年
10 林科灿;肝脏三维重建及虚拟肝脏手术规划临床应用的研究[D];福建医科大学;2008年
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1 徐飞;虚拟手术培训系统关键技术研究[D];北京理工大学;2010年
2 王莉娟;虚拟手术力反馈人机交互控制系统研究[D];上海交通大学;2010年
3 黄磊;颌骨虚拟手术系统的设计实现与可用性研究[D];西北大学;2010年
4 刘梅;虚拟手术中软组织切割变形仿真研究[D];山东大学;2010年
5 黄雷;虚拟手术训练系统中手术场景的模拟及系统集成[D];上海交通大学;2010年
6 侯锦蓉;面向虚拟手术的碰撞检测算法研究[D];中南大学;2010年
7 吴东;三维虚拟截骨手术仿真与测量算法的研究[D];青岛大学;2010年
8 邵刚;颅面部螺旋CT扫描数据三维重建及虚拟手术研究[D];青岛大学;2010年
9 徐鹏宇;正颌外科虚拟手术计划系统的研究与开发[D];东南大学;2004年
10 韩双景;虚拟膝关节镜系统中半月板手术训练的关键技术[D];广东工业大学;2011年
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