《虛擬手術仿真中多模態耦合視觸覺反饋關鍵問題研究》是依託武漢大學，由袁志勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：虛擬手術仿真中多模態耦合視觸覺反饋關鍵問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：袁志勇
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以虛擬手術仿真為套用背景，針對目前虛擬手術仿真在模擬手術中組織器官與手術器械等互動過程各物理現象在真實性上存在的問題，結合計算力學、生物力學、電磁學和逆向工程等理論及方法，開展針對虛擬手術仿真中多模態耦合視觸覺反饋問題的研究。主要研究內容包括：(1)通過對基於能量異步擴散的正常組織和腫瘤耦合、電磁力驅動的觸覺反饋和基於壓縮感知的組織特異性參數測量的研究，建立具有組織異構特性的視觸覺反饋數學物理模型；(2)通過對虛擬手術中組織小變形和大變形狀態下的流固耦合問題的研究，建立適用於虛擬手術的流固耦合動力學統一框架。本基礎研究將為研製出新一代適用於臨床外科醫生手術培訓的虛擬手術仿真系統奠定理論和方法基礎，對於突破虛擬手術仿真中的難點問題，進一步提高該類系統的套用範圍和經濟價值有重要意義，同時對其他學科中多模態耦合套用也有重要的借鑑意義。本項目的可行性已在前期工作中得到了充分驗證。
結題摘要
本項目以虛擬手術仿真為套用背景，針對目前虛擬手術仿真在模擬手術中組織器官與手術器械等互動過程各物理現象在真實性上存在的問題，結合計算力學、生物力學、電磁學和逆向工程等理論及方法，開展了針對虛擬手術仿真中多模態耦合及視觸覺反饋問題的研究。主要研究內容包括：(1)通過對基於能量異步擴散的正常組織和腫瘤耦合、電磁力驅動的觸覺反饋和基於壓縮感知的組織特異性參數測量的研究，建立具有組織異構特性的視觸覺反饋數學物理模型；(2)通過對虛擬手術中組織小變形和大變形狀態下的流固耦合問題的研究，建立適用於虛擬手術的流固耦合動力學統一框架。本基礎研究將為研製出新一代適用於臨床外科醫生手術培訓的虛擬手術仿真系統奠定理論和方法基礎，對於突破虛擬手術仿真中的難點問題，進一步提高該類系統的套用範圍和經濟價值有重要意義，同時對其他學科中多模態耦合套用也有重要的借鑑意義。本項目整體上按照研究計畫進行，為了更好地完成研究任務，我們對任務書中的某些研究內容進行了必要的擴展，擴展的研究內容主要是：高精度醫學圖像分割模型、高解析度彈性體的快速仿真模型、無條件穩定的顯式疊代方法、具有豐富細節的快速邊界湍流煙霧仿真。在本項目研究的基礎上，項目組擬對虛擬手術仿真系統中沉浸式視觸覺互動及個性化互動仿真等問題進行深入研究，例如非侵入式軟組織參數測量方法、高精度高實時性流固耦合方法以及沉浸式視觸覺融合方法等，為最終建立個性化、沉浸式虛擬手術仿真系統奠定理論和方法基礎。
