《虛擬手術仿真中基於無格線的軟組織切割模型的研究》是依託南昌大學，由徐少平擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：虛擬手術仿真中基於無格線的軟組織切割模型的研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：徐少平
- 依託單位：南昌大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於格線的軟組織切割模型，將切割過程建模為手術刀具與軟組織幾何模型之間的格線切割計算。因格線切割計算代價高，這類軟組織切割模型實時互動能力不強，嚴重影響虛擬手術仿真效果。本項目擬打破格線限制，通過以下步驟實現基於無格線軟組織切割模型。首先，在無格線計算框架中引入連續介質理論增強模型描述軟組織各種特殊材料性質的能力，提高觸覺逼真度。為進一步增強力反饋效果，基於物理切割實驗數據校驗切割模型參數；其次，通過邊界點預提取和實時確定技術、點雲紋理映射技術、基於圖像和點混合渲染等技術進一步提高基於點渲染算法的質量和速度，提高視覺逼真度；再次，研究軟硬體相結合算法提高模型計算效率；最後，依託南昌大學虛擬觸覺技術和生物醫學工程研究實驗室，將理論成果套用到虛擬手術仿真演示系統中。基於無格線的軟組織切割模型, 在觸覺/視覺逼真度和實時性方面都具有很大優勢，項目的研究將進一步完善無格線軟組織切割模型的理論體系。
結題摘要
虛擬手術仿真是虛擬現實技術在醫療領域的重要套用，它在醫療培訓方面越來越占有重要的地位。軟組織切割作為手術過程中最為常見、使用頻率最高的操作，對其進行逼真地模擬(提供視覺和觸覺兩方面的實時互動)具有重要的意義，是虛擬手術仿真中核心的研究內容之一。本項目以在點雲條件下軟組織空間內任意一點應變張量的描述和計算問題為突破口，進而利用之前積累的關於連續介質理論成果，著力將連續介質理論引入到無格線的計算框架下。為保證所建模型的計算效率能夠滿足實時互動性的要求，針對手術中的操作特點，在虛擬手術仿真系統中對人體不同區域(手術和非手術區域)分別採用格線和無格線方法進行建模(混合建模),實現了軟組織的切割的實時互動(力反饋達到500Hz刷新率以上，視覺刷新率達到25Fps以上)，在充分利用了兩種建模方法的優勢同時避免了各自的缺點。除此之外，通過點雲紋理映射技術和對比度自動增強技術改進了點雲渲染算法。實現了可進行軟組織切割仿真的原型系統。通過本項目的研究，對如何將連續介質理論引入到無格線計算框架下提出了一條可行的解決方案,從軟組織切割過程的形變(視覺)和力反饋(觸覺)兩個巨觀角度較好地解決了軟組織切割的建模問題。
