虚拟膝关节镜手术仿真系统的关键技术研究 被引量：32

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作者 熊岳山 徐凯 +2 位作者 王彦臻 谭珂 郭光友 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期76-80,共5页

虚拟手术仿真系统是医学仿真训练的有力工具,在医学教育领域有很好的应用前景。结合虚拟膝关节镜手术系统开发中的实际经验,介绍了系统开发过程中的几何建模、形变计算、力反馈与场景特效处理等关键技术与模拟仿真效果;文中的技术可推... 虚拟手术仿真系统是医学仿真训练的有力工具,在医学教育领域有很好的应用前景。结合虚拟膝关节镜手术系统开发中的实际经验,介绍了系统开发过程中的几何建模、形变计算、力反馈与场景特效处理等关键技术与模拟仿真效果;文中的技术可推广应用到其他虚拟手术仿真系统的开发中。 展开更多

关键词 手术仿真 医学训练 力反馈 特效处理

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改进的采用表面网格的弹簧振子模型 被引量：16

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作者 王彦臻 熊岳山 +2 位作者 徐凯 谭珂 郭光友 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期168-171,177,共5页

提出一种用于实时弹性形变模拟的弹簧振子模型.通过定义与模型对应的刚体核,并且向模型中添加一种新的广义弹簧,保持了与表面网格模型对应的几何体体积和形状等几何特征;采用形状匹配技术实现了整体性形变效果的模拟;最后使用逆向动力... 提出一种用于实时弹性形变模拟的弹簧振子模型.通过定义与模型对应的刚体核,并且向模型中添加一种新的广义弹簧,保持了与表面网格模型对应的几何体体积和形状等几何特征;采用形状匹配技术实现了整体性形变效果的模拟;最后使用逆向动力学方法对线弹性模型的“超弹性”现象进行修正.该模型可以对表面网格模型的弹性形变进行快速、逼真的模拟. 展开更多

关键词 形变建模 表面网格 弹簧振子模型 形状匹配 逆向动力学

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一种小量流血形成的弯曲血槽模型 被引量：6

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作者 徐凯 熊岳山 +1 位作者 谭柯 郭光友 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期70-73,共4页

特殊效果模拟是虚拟手术系统中的一个重要组成部分,快速准确的特效能够增强手术过程的真实感。流血效果是虚拟手术系统必不可少的特效之一。针对小量流血形成的弯曲血槽的模拟,提出了一个比较简单的模型,采用元球造型的方法绘制血槽。... 特殊效果模拟是虚拟手术系统中的一个重要组成部分,快速准确的特效能够增强手术过程的真实感。流血效果是虚拟手术系统必不可少的特效之一。针对小量流血形成的弯曲血槽的模拟,提出了一个比较简单的模型,采用元球造型的方法绘制血槽。只考虑血流前端动态效果的模拟,血槽部分采用静态绘制。这种动态与静态结合的模拟方法有效地减少了计算开销,真实感明显,具有很好的实时性。 展开更多

关键词 特效 特殊效果 真实感 虚拟手术 动态效果 实时性 模型 流血 血流 手术过程

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一种新的基于体元剖分的软组织切割算法 被引量：7

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作者 熊岳山 罗军 +2 位作者 谭珂 王彦臻 郭光友 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2005年第12期2132-2136,共5页

切割是虚拟手术系统中需要表现的真实动作之一,真实感和实时性是衡量切割效果的关键·因此有必要研究一种新的基于体元剖分的软组织切割算法·该算法不同于以往的体元剖分算法,它将整个剖分过程分两步来完成:首先通过退化处理... 切割是虚拟手术系统中需要表现的真实动作之一,真实感和实时性是衡量切割效果的关键·因此有必要研究一种新的基于体元剖分的软组织切割算法·该算法不同于以往的体元剖分算法,它将整个剖分过程分两步来完成:首先通过退化处理过程将不完全切割的四面体单元分解成多个完全切割的四面体单元;然后将切割情况进行分类,根据不同的切割情况分别进行相应的基元分解·实验表明,研究的新算法用于四面体单元的有限元模型,具有良好的切割处理效果· 展开更多

关键词 手术仿真 切割 四面体单元 有限元模型

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虚拟心脏介入手术系统的血流模拟 被引量：5

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作者 任巨 熊岳山 +1 位作者 谭珂 郭光友 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期64-66,共3页

虚拟心脏介入手术系统的血流效果模拟是系统中模型模拟的关键。实时而准确的血液流动效果增强了虚拟手术系统的真实感。在分析心血管内的血液流动物理模型的基础上,结合弹性腔模型,采用了改进的粒子系统方法,建立和实现了新的虚拟心脏... 虚拟心脏介入手术系统的血流效果模拟是系统中模型模拟的关键。实时而准确的血液流动效果增强了虚拟手术系统的真实感。在分析心血管内的血液流动物理模型的基础上,结合弹性腔模型,采用了改进的粒子系统方法,建立和实现了新的虚拟心脏介入手术系统的血流模型,满足了心脏介入系统的实时性和真实感要求。 展开更多

关键词 虚拟系统 心脏介入 弹性腔模型 血液流动 粒子系统

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基于改进弹簧振子模型的实时肌腱模拟 被引量：5

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作者 李祐国 熊岳山 +1 位作者 谭珂 郭光友 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第15期253-255,共3页

在膝关节前交叉韧带重建仿真系统中,为了进行人体肌腱实时模拟,提出一种基于改进弹簧振子模型的实时肌腱模拟方法,通过定义非线性弹簧,降低线性弹簧振子模型"超弹性"现象的发生概率,从而增强肌腱应力的仿真效果,利用添加临时... 在膝关节前交叉韧带重建仿真系统中,为了进行人体肌腱实时模拟,提出一种基于改进弹簧振子模型的实时肌腱模拟方法,通过定义非线性弹簧,降低线性弹簧振子模型"超弹性"现象的发生概率,从而增强肌腱应力的仿真效果,利用添加临时性约束弹簧的方法进行碰撞处理,同时用隐式欧拉方法求解模型,提高肌腱模拟的整体性和实时性。实验结果表明,该方法符合系统对实时性和真实感的要求。 展开更多

关键词 手术仿真 前交叉韧带 肌腱

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一种基于OpenHaptic的软组织有限元形变模型 被引量：4

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作者 唐贤根 熊岳山 +1 位作者 谭珂 潘新华 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第7期1434-1437,共4页

OpenHaptic是基于PhanToM设备的力反馈模拟编程环境,与原来常用的GHOST SDK编程环境相比有着不可替代的优势;因此,在OpenHaptic环境下进行力反馈相关研究具有十分重要的意义。充分探究了采用OpenHaptic进行空间力反馈模拟的实现方法,在... OpenHaptic是基于PhanToM设备的力反馈模拟编程环境,与原来常用的GHOST SDK编程环境相比有着不可替代的优势;因此,在OpenHaptic环境下进行力反馈相关研究具有十分重要的意义。充分探究了采用OpenHaptic进行空间力反馈模拟的实现方法,在分析现有软组织形变模拟方法的基础上,根据软组织形变模拟对真实感与实时性的要求,建立了一种基于有限元计算模型的形变处理方法。实验结果表明软组织有限元形变模型在OpenHaptic环境下完全满足软组织形变模拟的真实感与实时性要求。较早地探究基于OpenHaptic环境的虚拟手术相关实现技术并做出相应的研究成果对于基于OpenHaptic环境的虚拟手术相关研究具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 OpenHaptic 力反馈 软组织形变 面积坐标 等效结点力向量

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Fastrak数据滤波校正及在虚拟手术中的应用 被引量：2

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作者 钟云飞 熊岳山 +1 位作者 谭珂 郭光友 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期1243-1246,共4页

电磁跟踪设备Fastrak在虚拟手术中医疗器械的定位中有很重要的应用,为此重点研究了Fastrak与OpenGL的编程接口,以及在复杂电磁场干扰环境下的数据滤波校正。利用快速傅立叶变换,设计了一个带通滤波器对Fastrak噪声数据进行过滤,确保了... 电磁跟踪设备Fastrak在虚拟手术中医疗器械的定位中有很重要的应用,为此重点研究了Fastrak与OpenGL的编程接口,以及在复杂电磁场干扰环境下的数据滤波校正。利用快速傅立叶变换,设计了一个带通滤波器对Fastrak噪声数据进行过滤,确保了虚拟手术过程中医疗器械的平稳、准确实施。研究的滤波校正方法已成功应用于虚拟膝关节镜手术系统中,为虚拟手术系统提供了合理的Fastrak数据。 展开更多

关键词 电磁跟踪 虚拟手术 OPENGL 滤波校正

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基于复合弹簧振子模型的实时心跳模拟 被引量：2

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作者 王彦臻 熊岳山 +1 位作者 谭珂 郭光友 《计算机工程与科学》 CSCD 2008年第1期132-134,共3页

本文针对心脏介入仿真系统,提出了一种实时心跳模拟方法。该方法首先根据心脏的解剖结构建立了心脏的复合弹簧振子模型,然后根据心脏跳动的基本规律,使用逆向动力学技术将心房、心室的收缩、扩张与整个模型结合起来,从而得到心脏外表面... 本文针对心脏介入仿真系统,提出了一种实时心跳模拟方法。该方法首先根据心脏的解剖结构建立了心脏的复合弹簧振子模型,然后根据心脏跳动的基本规律,使用逆向动力学技术将心房、心室的收缩、扩张与整个模型结合起来,从而得到心脏外表面的跳动效果。在此基础上,本文还实现了冠状动脉的运动模拟。实验结果表明,本方法简单、高效,能够在视觉上提供实时逼真的心脏跳动效果。 展开更多

关键词 手术仿真 心脏介入 心跳模拟 弹簧振子模型

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基于A^＊搜索方法的主动轮廓提取算法

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作者 陈欣 熊岳山 +1 位作者 谭珂 郭光友 《计算机工程与科学》 CSCD 2006年第1期86-88,共3页

在主动轮廓模型Snake的研究与应用中,如何降低Snake对初始轮廓的敏感性以及如何保证能量极小化过程收敛到全局最小值,是两个极其重要的问题。为提取两点间的目标轮廓线,本文提出了基于A*搜索过程的Snake算法,将Snake能量极小化问题转换... 在主动轮廓模型Snake的研究与应用中,如何降低Snake对初始轮廓的敏感性以及如何保证能量极小化过程收敛到全局最小值,是两个极其重要的问题。为提取两点间的目标轮廓线,本文提出了基于A*搜索过程的Snake算法,将Snake能量极小化问题转换成势能地图的最短路径搜索问题。实验结果表明,该算法简化了Snake的初始化过程,而且Snake能量收敛至全局最小值,具有良好的实用性与鲁棒性。 展开更多

关键词 主动轮廓模型 几何Snake模型 势能地图 图搜索 最短路径 A^＊算法

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改进的布尔方法及其在虚拟ACL手术中的应用 被引量：1

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作者 刘冬 熊岳山 +1 位作者 谭珂 郭光友 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期626-632,639,共8页

为了实现在虚拟ACL手术中对骨骼模型进行钻孔操作的动态模拟,提出了一种针对面网格模型的改进布尔操作方法.首先对与切割曲面相交的三角形进行细分,并移动切割曲面附近的网格顶点使其位于曲面上,实现模型表面上的布尔操作;然后对切割曲... 为了实现在虚拟ACL手术中对骨骼模型进行钻孔操作的动态模拟,提出了一种针对面网格模型的改进布尔操作方法.首先对与切割曲面相交的三角形进行细分,并移动切割曲面附近的网格顶点使其位于曲面上,实现模型表面上的布尔操作;然后对切割曲面附近的模型表面进行平滑处理,以消除在顶点移动操作中带来的模型表面锯齿状现象;最后采用前沿推进方法生成模型的内壁网格,并利用基于时间的钻孔深度控制函数实现对钻孔操作过程的动态模拟.该方法消除了近似布尔方法中的"T"型点问题,能够保持模型表面平滑效果和切割边缘尖锐特征,实现了对布尔操作的动态模拟,满足实时性的要求.该方法适用于实时系统中针对面网格模型的动态、交互式布尔操作模拟. 展开更多

关键词 布尔操作 面网格模型 表面平滑处理 前沿推进方法

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虚拟膝关节镜手术中保持单元质量的体网格形变方法

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作者 崇金山 熊岳山 +1 位作者 谭珂 郭光友 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2009年第7期46-49,共4页

在虚拟膝关节手术中,需要对膝关节进行大范围形变的实时模拟。本文针对四面体网格的膝关节模型,提出了采用LSD度量建立形变能量,然后将带约束的最优化问题转化为不带约束的最优化问题,最后通过带Armijo线性查找的非精确牛顿法求解最优... 在虚拟膝关节手术中,需要对膝关节进行大范围形变的实时模拟。本文针对四面体网格的膝关节模型,提出了采用LSD度量建立形变能量,然后将带约束的最优化问题转化为不带约束的最优化问题,最后通过带Armijo线性查找的非精确牛顿法求解最优化问题。在求解过程中,通过预估未知点的位置,减少迭代步数,提高了算法的效率。这种方法具有较好的保体积性,同时保证形变后的四面体网格不出现体元翻转和退化。该方法也能推广应用于其它类似的关节弯曲运动的变形中。 展开更多

关键词 虚拟膝关节镜手术 四面体形变 LSD度量 最优化问题

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