頜面軟組織圖像、力觸覺反饋模型構建及算法實現

《頜面軟組織圖像、力觸覺反饋模型構建及算法實現》是依託上海交通大學，由於洪波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：頜面軟組織圖像、力觸覺反饋模型構建及算法實現
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：於洪波
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

手術虛擬技術在顱頜面畸形的診斷、治療及操作培訓中具有重要作用，利用該技術可以進行術前設計、術後預測，制定個體化的最佳治療方案，進行外科醫師的手術操作培訓等。然而由於頜面部軟組織的複雜性與多樣性的特點，建立符合生物力學特性的、實時、逼真的軟組織手術虛擬模型仍然是一大挑戰。本研究擬基於頜面部軟組織生物力學參數，構建具有不同組織交界面的顱頜面軟組織物理模型，並在此基礎上實現圖像及力觸覺反饋。提出利用改良質點-彈簧/阻尼器模型方法建模，通過碰撞檢測，確定手術器械與軟組織物理模型的關係，探索基於局部格線的切割建模技術，實現軟組織的切割變形，並根據其生物力學參數，構建力觸覺反饋算法。同時提升其實時性、順暢性的特徵，從而實現頜面部軟組織手術虛擬圖像及力觸覺的反饋。以期獲得具有自主智慧財產權的顱頜面手術虛擬與作業系統，來進行顱頜面畸形的手術設計模擬及操作培訓，並為後期的產業化奠定基礎。

結題摘要

手術虛擬技術在顱頜面畸形的診斷、治療及操作培訓中具有重要作用，利用該技術可以進行術前設計、術後預測，制定個體化的最佳治療方案，進行外科醫師的手術操作培訓等。然而由於頜面部軟組織的複雜性與多樣性的特點，建立符合生物力學特性的、實時、逼真的軟組織手術虛擬模型仍然是一大挑戰。本研究基於頜面部軟組織生物力學參數，構建了具有不同組織交界面的顱頜面軟組織物理模型，並在此基礎上實現圖像及力觸覺反饋。提出利用改良質點-彈簧/阻尼器模型方法建模，通過碰撞檢測，確定手術器械與軟組織物理模型的關係，探索基於局部格線的切割建模技術，實現軟組織的切割變形，並根據其生物力學參數，構建力觸覺反饋算法。同時提升其實時性、順暢性的特徵，從而實現頜面部軟組織手術虛擬圖像及力觸覺的反饋。開發了手術虛擬操作的軟體及系統，在後續工作中繼續改良，建立具有自主智慧財產權的顱頜面手術虛擬與作業系統，來進行顱頜面畸形的手術設計模擬及操作培訓，並為後期的產業化奠定基礎。