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支持力反馈的胆囊虚拟手术机器人仿真系统研究
本文利用虚拟现实技术搭建了一个支持力反馈的胆囊虚拟手术机器人仿真系统.主要讨论了本系统中涉及的软组织虚拟模型构建、碰撞检测、力反馈计算、虚拟机器人的设计及运动控制、虚拟环境搭建等关键技术的实现方法.并对于传统力反馈计算中存在的计算量大导致系统实时性较差的问题,提出了一种新的力反馈计算方法.通过在所搭建平台上进行的胆囊虚拟手术操作,分析该系统的性能指标.结果表明,该系统中机器人运动控制较为流畅,对于胆囊的虚拟手术操作具有较为真实的力觉反馈和视觉反馈,且系统具有较好的稳定性及实时性.
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基于虚拟现实的女性盆腔可视化及手术仿真
目的 实现基于虚拟现实的女性盆腔可视化及手术仿真.方法 选取中国可视人体数据集的盆腔部分作为数据源,对盆腔中的重要器官进行分割处理,并在此基础上进行基于VRML的盆腔可视化以及基于Dextrobeam系统的虚拟手术仿真研究.结果 成功构建了基于虚拟现实的女性盆腔网络化模型和手术模型,可清晰显示各盆腔器官结构,并进行手术仿真操作.结论 虚拟现实技术的运用可有效地推动解剖教学与手术设计,为医学教育与培训提供逼真的模拟实践平台.
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虚拟现实技术在耳鼻咽喉头颈外科住院医师耳外科培训中的应用
耳科手术必须在颞骨标本上进行解剖训练,获得必要的解剖知识和手术技巧后,才能逐步开展耳外科手术.但由人类颞骨资源非常有限,无法满足耳外科教学与手术训练.虚拟仿真技术能够高保真地再现颞骨解剖环境,也可模拟耳显微外科手术情景,又能对颞骨解剖训练操作进行指引、纠错和评价,培养受训者掌握正确手术方法、提高电钻使用技巧及如何避免损失重要的组织结构,在一定程度上能够达到实体颞骨解剖的效果.住院医生可以在虚拟仿真系统中反复训练,从而掌握手术部位的立体解剖结构及基本的耳外科手术技能.虚拟现实技术为颞骨解剖及手术操作技能的培养提供了一个很好的训练方式,应该引入住院医师的规范化培训课程之中.
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计算机手术仿真技术在颅颌面畸形修复手术中的研究进展
颅颌面畸形的修复手术耗时耗力,而且效果往往欠佳;运用计算机手术仿真技术辅助术前规划,能减少术中一些不必要的风险,既缩短了手术时间,也改善了手术修复所能达到的效果.将基于FreeForm系统的计算机手术仿真技术应用到颅颌面畸形的修复,能使整个虚拟手术过程形象逼真,沉浸感强,并能实时感受到力的存在,给操作者带来真实手术的体验,同时也能准确预测术后的修复效果.笔者简述了计算机手术仿真技术在颅颌面外科的发展,以及将基于FreeForm系统的计算机手术仿真技术引入到颅颌面畸形修复手术中带来的一些优势.
关键词： 颅颌面外科 手术仿真 力反馈 FreeForm系统 -
脑立体定向手术仿真靶点的研制和手术质控的探讨
脑立体定向手术是一个多步骤、多环节的手术操作.定向仪本身的精度,可以通过术前中心点校准来检查,而框架安装固定的正确与否、CT扫描的质量、靶点计算方法误差和后导入脑内各种器械的精度如何验证,目前无统一的标准.为此,我们设计和研制一套脑立体定向手术的仿真靶点模型,从2000年-2002年下旬,进行了22例病人的术前的模拟验证,同时探讨手术过程的质控问题.
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机器人技术在矫形外科中的应用与发展
矫形外科是医疗机器人的重要应用领域,本文综述了典型医疗机器人在矫形外科中的应用与发展,并对机器人技术在矫形外科中所涉及的手术机器人机构、医学图像处理、手术仿真、术中配准、手术安全等关键技术进行了分析,同时指出了今后的发展方向.
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在体软组织非线性粘弹性的自适应准线性粘弹性模型研究
在手术仿真、手术规划、医学诊断等众多医学应用中,人体软组织力学特性建模都是一个关键问题.为了开发手术仿真中人体软组织大变形生物力学模型,本文介绍了自适应准线性粘弹性(AQLV)模型,对人体前臂软组织进行了印压试验,采用增量斜坡保持试验得到模型参数,通过增量斜坡保持试验、大应变斜坡保持试验和大应变正弦循环加载试验来检验该模型的预测能力.本文研究结果表明,AQLV模型能够较好地预测这三种加载工况下的试验数据.因此,本研究的结论认为,该AQLV模型对在体软组织在大应变时的非线性粘弹性的描述具有一定的实用性和可参照性,有望作为手术仿真或医学诊断中软组织模型的选择之一.
关键词： 手术仿真 在体软组织 非线性粘弹性 形变模型 自适应准线性粘弹性模型 -
成人阴茎整形修复的3D手术仿真研究
目的:在3D虚拟环境中实现成人阴茎整形修复手术的模拟过程,达到术前制订定量化的手术方案,术后客观地评价疗效.方法:利用计算机三维重建成人阴茎及毗邻结构可视化模型,将阴茎整复手术过程在计算机上实现模拟操作.结果:在3D环境中,实现成人阴茎整形修复术的仿真模拟和手术方案的制订.结论:本研究为成人阴茎整形修复定量化手术设计、选择佳手术入路及术后疗效评价提供了新的技术方法,为整形外科教学培训、多学科及远程会诊提供了新的工具.
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融合VTK技术的唇裂手术仿真系统的初步研究
目的:使用真实的唇裂患者数据和真实的外科手术术式对软组织进行虚拟切开操作,部分实现唇裂手术仿真.方法:利用薄层CT获取原始数据,运用均值聚类算法进行图像分割,使用marching cubes等值面提取算法构建几何模型并优化,利用VTK(Visualization Toolkit)的3D Widget框架构建虚拟手术刀的行为,实现软组织切开操作.结果:系统的实验验证采用来自真实患儿的薄层CT数据,仿真了唇裂修复术软组织切除等效果,实现了唇裂修复手术的部分仿真步骤.结论:实验结果表明本文研究方法的可行性,为涉及软组织操作的颌面外科手术仿真提供了一种有效方法.
