虚拟手术仿真中碰撞检测问题的研究 被引量：9

1

作者 魏迎梅 王涌 +1 位作者 吴泉源 石教英 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2000年第5期572-575,共4页

虚拟手术仿真是虚拟现实技术在现代医学领域的一个重要应用 ,快速精确的碰撞检测是虚拟手术仿真的基础。现有的碰撞检测方法难以解决虚拟手术仿真中人体组织模型变形和拓朴结构变化等问题 ,本文给出了一种基于固定方向凸包包围盒的碰撞... 虚拟手术仿真是虚拟现实技术在现代医学领域的一个重要应用 ,快速精确的碰撞检测是虚拟手术仿真的基础。现有的碰撞检测方法难以解决虚拟手术仿真中人体组织模型变形和拓朴结构变化等问题 ,本文给出了一种基于固定方向凸包包围盒的碰撞检测方法 ,它不仅在速度上较以往的方法有一定的提高 ,而且能有效地解决虚拟手术仿真中出现的各种新问题。 展开更多

关键词 虚拟手术仿真 碰撞检测 包围盒 虚拟现实 医学

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虚拟手术仿真中的力反馈研究 被引量：2

2

作者 祖超 王博亮 闵小平 《厦门大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期31-35,共5页

虚拟手术仿真是当前国际上生物医学工程领域研究的前沿课题.为了解决仿真中力反馈输出的稳定性和准确性问题,本文首先对基于OBB(Oriented bounding boxes)树结构的碰撞检测和响应进行了改进,改进后可以返回接触点位置和接触面的法向量.... 虚拟手术仿真是当前国际上生物医学工程领域研究的前沿课题.为了解决仿真中力反馈输出的稳定性和准确性问题,本文首先对基于OBB(Oriented bounding boxes)树结构的碰撞检测和响应进行了改进,改进后可以返回接触点位置和接触面的法向量.在此基础上,提出了一种二次检测的方法,大大减少了穿刺现象的产生;并采用同步机制对力的输出的稳定性进行改进,使力的输出更加稳定准确.最后的实验结果表明,改进后的算法在解决穿刺和稳定性方面有了较大的提高,使手术仿真中力的输出效果更加真实. 展开更多

关键词 虚拟手术仿真 碰撞检测 穿刺现象 同步机制

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基于BP神经网络的虚拟手术实时仿真技术研究

3

作者 张峰峰 孙立宁 +1 位作者 杜志江 贾志恒 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 2007年第4期43-46,共4页

在人体腿部的虚拟仿真研究中,建立有限元模型并进行生物力学特性分析是一种有效的方法.但由于有限元模型数据量大,解算时间长,并且难以与既有系统融合,因此不适合在实时的手术培训和手术预演中应用.为了提高虚拟手术仿真系统进行实际作... 在人体腿部的虚拟仿真研究中,建立有限元模型并进行生物力学特性分析是一种有效的方法.但由于有限元模型数据量大,解算时间长,并且难以与既有系统融合,因此不适合在实时的手术培训和手术预演中应用.为了提高虚拟手术仿真系统进行实际作业的能力,笔者提出了以BP神经网络模型来代替有限元模型,实现实时的生物力学响应.并结合已有的医疗机器人辅助接骨虚拟现实仿真手术系统,构建了系统实验平台.实验结果证明,人体腿部的BP神经网络模型能够完全满足手术仿真所需的实时性要求. 展开更多

关键词 BP神经网络 虚拟手术仿真 有限元模型 医疗机器人

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虚拟钻骨手术仿真力反馈交互实现研究现状 被引量：4

4

作者 黄永辉 潘显纬 +3 位作者 林艳萍 陈华江 张颖 袁文 《上海交通大学学报（医学版）》 CSCD 北大核心 2017年第5期699-703,共5页

虚拟现实技术和力反馈技术是新型的人机交互技术。由这2种技术结合而成的虚拟手术仿真训练系统为骨科手术训练提供了新的方法,可以提高年轻骨科医生的训练效率,从而减少培训费用和缩短成长周期。近年来,虚拟钻骨手术仿真技术被广泛地研... 虚拟现实技术和力反馈技术是新型的人机交互技术。由这2种技术结合而成的虚拟手术仿真训练系统为骨科手术训练提供了新的方法,可以提高年轻骨科医生的训练效率,从而减少培训费用和缩短成长周期。近年来,虚拟钻骨手术仿真技术被广泛地研究并且得到了初步的运用。该文对现有的虚拟钻骨手术中视触觉交互技术的研究现状进行了梳理、分类和总结,主要对骨组织建模、钻骨力预测模型和力触觉模拟3个重点技术进行了详细论述,并分析了现存方法的优缺点,展望了虚拟钻骨仿真手术中相关技术的未来发展趋势。 展开更多

关键词 虚拟手术仿真 骨组织建模 力预测模型 力触觉模拟

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基于XPBD的微创冠脉旁路移植手术操作实时仿真 被引量：1

5

作者 李希轩 豆振浩 吴洪宇 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期1842-1851,共10页

微创冠脉旁路移植术(MICS-CABG)是外科治疗严重冠心病的重要发展方向,但其手术难度大、风险高,初学者无法直接对实际病人进行手术技能训练.基于虚拟现实技术的手术模拟训练能够有效地提高训练效果,避免手术风险.针对MICS-CABG的特点,提... 微创冠脉旁路移植术(MICS-CABG)是外科治疗严重冠心病的重要发展方向,但其手术难度大、风险高,初学者无法直接对实际病人进行手术技能训练.基于虚拟现实技术的手术模拟训练能够有效地提高训练效果,避免手术风险.针对MICS-CABG的特点,提出一种扩展的基于位置动力学(XPBD)框架的微创冠脉旁路移植手术操作实时仿真方法.首先使用四面体外骨骼模型实现复杂心脏的物理形变,利用圆柱几何体表示手术器械物理模型;然后利用GPU并行加速XPBD仿真,利用冠脉中轴线建立Cosserat弹性杆模型的拉伸、剪切、弯曲、扭转约束,实现了冠脉的形变仿真;最后基于手术器械与心脏物理模型的碰撞检测,引入不嵌入约束与附着约束,生成工具与软组织交互的反馈力.实验结果表明,所提方法中手术器械模型与软组织交互变形实时稳定,在包含100 000个物理单元的场景中,仿真速率可达到60帧/s,力反馈仿真频率可达到1 kHz以上,视觉效果良好,有着较高的仿真效率. 展开更多

关键词 虚拟手术仿真 扩展的基于位置动力学 手术器械交互

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基于手术刀的虚拟外科手术系统仿真器 被引量：16

6

作者 付玉锦 原魁 杜清秀 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2005年第19期97-100,共4页

该文设计了一种虚拟外科手术系统专用的虚拟手术刀仿真器。阐述了该仿真器的组成和各组成部分的工作原理,并对仿真器驱动机构进行了控制建模,设计了具体的计算机控制算法,最后在虚拟外科手术系统配套软件中给出了控制实现方案。该仿真... 该文设计了一种虚拟外科手术系统专用的虚拟手术刀仿真器。阐述了该仿真器的组成和各组成部分的工作原理,并对仿真器驱动机构进行了控制建模,设计了具体的计算机控制算法,最后在虚拟外科手术系统配套软件中给出了控制实现方案。该仿真器较之虚拟现实系统中传统的力反馈装置(如PHANTOM),更加符合外科医生实际操作习惯,具有更好的实用价值。 展开更多

关键词 虚拟外科手术 虚拟手术刀仿真器 力反馈

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冠心病介入治疗虚拟仿真系统关键技术 被引量：15

7

作者 谭珂 潘新华 +2 位作者 熊岳山 王彦臻 徐凯 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期160-164,共5页

冠心病介入治疗虚拟仿真系统是训练介入医生手术技能的有效工具,为满足实际需求,对系统开发过程中涉及的几何建模、心跳模拟、流体仿真、柔性器械运动处理等关键技术进行了探讨,提出了基于NURBS曲面的血管模型和组合弹簧振子联动的心跳... 冠心病介入治疗虚拟仿真系统是训练介入医生手术技能的有效工具,为满足实际需求,对系统开发过程中涉及的几何建模、心跳模拟、流体仿真、柔性器械运动处理等关键技术进行了探讨,提出了基于NURBS曲面的血管模型和组合弹簧振子联动的心跳模型,并利用粒子系统和多叉树方法实现了造影剂注射和柔性器械运动的仿真,为冠心病介入治疗训练提供了虚拟教学平台和技术支撑。 展开更多

关键词 介入治疗 冠心病 虚拟手术仿真 心跳模型 流体仿真

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压缩性骨折内固定手术仿真 被引量：1

8

作者 解翠 耿俊美 +1 位作者 李健 董军宇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1351-1357,共7页

虚拟手术仿真为医学手术训练提供了具有真实感和沉浸感的新手段。设计和实现了针对腰椎压缩性骨折内固定手术的虚拟仿真,构建3D手术场景并制作形变动画,采用多层级碰撞体组合切换的碰撞检测方法,并将多指标力反馈模型值映射为HTC Vive... 虚拟手术仿真为医学手术训练提供了具有真实感和沉浸感的新手段。设计和实现了针对腰椎压缩性骨折内固定手术的虚拟仿真,构建3D手术场景并制作形变动画,采用多层级碰撞体组合切换的碰撞检测方法,并将多指标力反馈模型值映射为HTC Vive手柄的不同强度的震动触感,结合语音指导和UI视觉反馈,实现视觉、听觉和触觉的多通道手术体验。该系统提供指导训练模块和测评模块,可以对手术操作流程、操作用时和操作正确性等多项指标进行评分,规范用户的操作流程和提高手术正确操作的熟练度。 展开更多

关键词 虚拟手术仿真 碰撞检测 力反馈 HTC Vive

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一种基于图像导航的骨外科手术机器人系统 被引量：6

9

作者 孙立宁 张剑 杜志江 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期285-289,共5页

髓内钉远端孔锁定是目前长骨骨折内固定手术中的难题.介绍了一种机器人外科手术系统及作为其核心技术的图像导航方法.首先对X光图像进行畸变矫正和对比度增强,然后提出一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路... 髓内钉远端孔锁定是目前长骨骨折内固定手术中的难题.介绍了一种机器人外科手术系统及作为其核心技术的图像导航方法.首先对X光图像进行畸变矫正和对比度增强,然后提出一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路径,从而引导串联机器人锁定髓内钉.系统还包括虚拟手术仿真子系统和遥操作子系统,可以模拟、监控手术过程,并可使医生远距离操作系统完成手术.实验表明,该系统能成功实现用机器人锁定髓内钉.并且与传统手术方法相比,具有较高的定位精度和稳定性,可以大大减少手术所需时间,降低医生所受辐射剂量. 展开更多

关键词 骨外科手术机器人 图像导航 遥操作 虚拟手术仿真

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基于无网格的软组织切割模型的研究进展 被引量：9

10

作者 徐少平 李春泉 +1 位作者 江顺亮 罗洁 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期123-128,共6页

具备支持实时交互能力的软组织切割模型对于虚拟手术仿真系统具有至关重要的意义。传统的软组织切割模型多基于网格建立,将软组织切割过程建模为手术刀具与软组织几何模型之间的网格切割计算,并在此基础上建立和求解生物力学方程以描述... 具备支持实时交互能力的软组织切割模型对于虚拟手术仿真系统具有至关重要的意义。传统的软组织切割模型多基于网格建立,将软组织切割过程建模为手术刀具与软组织几何模型之间的网格切割计算,并在此基础上建立和求解生物力学方程以描述切割过程。由于网格切割计算代价高且软组织切割过程中涉及到复杂的生物力学问题,很难实现实时交互,严重影响了虚拟手术仿真效果。与此相反,基于无网格的软组织切割模型打破了网格限制,在触觉/视觉逼真度和实时性方面都具有很大优势。文中从力反馈和视觉反馈的渲染质量和速度等方面,就基于无网格的软组织切割模型的研究现状进行了概述,对存在的问题进行了分析和总结,并对未来的发展方向进行展望。 展开更多

关键词 虚拟手术仿真 软组织切割模型 有限元 无网格模型

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机器人辅助医疗技术的新进展 被引量：14

11

作者 杜志江 孙立宁 富历新 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2003年第6期106-110,共5页

机器人辅助医疗技术的研究近年来成为国际机器人领域前沿研究热点之一。在阐述国内外机器人辅助医疗技术发展状况的基础上,对机器人辅助医疗技术的关键技术进行了详尽的分析,并指出了今后的发展方向。

关键词 机器人辅助医疗技术 外科手术 手术机器人 虚拟手术仿真 遥操作网络传输技术 发展趋势

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基于状态空间预计算的软组织实时形变模型 被引量：1

12

作者 徐少平 刘小平 +2 位作者 李春泉 罗洁 江顺亮 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第22期251-254,259,共5页

为提高混合软组织实时形变模型(HSTDM)的计算效率,提出一种基于状态空间预计算的混合软组织实时形变模型。利用HSTDM模型,通过离线预计算方式得到离散形变状态空间的精确数据,在实时交互时采用光滑粒子流插值函数计算力反馈和形变节点... 为提高混合软组织实时形变模型(HSTDM)的计算效率,提出一种基于状态空间预计算的混合软组织实时形变模型。利用HSTDM模型,通过离线预计算方式得到离散形变状态空间的精确数据,在实时交互时采用光滑粒子流插值函数计算力反馈和形变节点的偏移值。仿真结果表明,该模型能够描述软组织线性、非线性和各向异性材料特性,并在视觉和触觉上分别达到60 Hz和500 Hz以上的刷新率。 展开更多

关键词 虚拟手术仿真 形变模型 应变能函数 状态空间 光滑粒子流 预计算

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医学体数据中基于局部特征尺寸的Delaunay四面体化算法

13

作者 周筠 樊晓平 +1 位作者 廖志芳 刘少强 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2011年第8期3166-3170,共5页

为了从医学体数据构建面向虚拟手术仿真系统的器官实体模型,提出一种基于局部特征尺寸的Delau-nay四面体化算法。首先采用Marching Cubes算法和外存模型简化技术从体数据中得到器官等值面简化模型,提出重心射线法去除内部冗余网格,获得... 为了从医学体数据构建面向虚拟手术仿真系统的器官实体模型,提出一种基于局部特征尺寸的Delau-nay四面体化算法。首先采用Marching Cubes算法和外存模型简化技术从体数据中得到器官等值面简化模型,提出重心射线法去除内部冗余网格,获得器官多面体表面;然后基于局部特征尺寸构建表面顶点保护球,结合Delaunay细分算法生成边界一致的初始四面体网格;最后提出基于随机扰动的空间分解法快速生成内部节点,并逐点插入到四面体网格中优化单元质量。该算法克服了Delaunay细分算法无法处理锐角输入的缺点,并从理论上证明其收敛性。实验结果表明,与Delaunay增量算法相比,该算法显著提高了边界保持能力且实现较为简单,生成的器官模型已应用于虚拟手术仿真系统。 展开更多

关键词 虚拟手术仿真系统 医学体数据 器官实体模型 DELAUNAY 局部特征尺寸 收敛性

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