顱頜面手術虛擬建模及力觸覺反饋研究

《顱頜面手術虛擬建模及力觸覺反饋研究》是依託上海交通大學，由於洪波擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：顱頜面手術虛擬建模及力觸覺反饋研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：於洪波
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

顱頜面畸形複雜多樣，其術前設計、手術操作及術後預測較為困難，虛擬現實技術的發展為該問題的解決提供了一種理想的方法。利用立體攝影與CT重建三維模型，通過圖像融合技術構建基於虛擬現實技術的顱頜面三維形貌模型，結合顱頜面組織的生物力學特性，實現不同組織的複合建模，套用邊界元方法構建顱頜面圖形及力觸覺反饋模型，進行形貌模型虛擬顯示、正頜手術虛擬操作及術後面形預測的研究。探索基於虛擬現實技術的形貌模型建模方法、圖像及力觸覺反饋算法的實現及虛擬環境下的手術模擬。以期獲得具有自主智慧財產權的顱頜面三維形貌建模及手術虛擬與作業系統，以利於顱頜面畸形的診斷、手術設計及術後預測，同時有助於手術教學及操作訓練，並為將來的產業化奠定基礎。

結題摘要

按照課題申請任務書的預定計畫，本課題研究小組進行了一系列的研究，並順利完成了該課題的研究任務。整個課題進展順利，取得了豐富的研究成果，也為課題的後續研究奠定了基礎。現將本課題的研究總結匯報如下： 一.實現了顱頜面軟硬組織三維形貌模型的構建及虛擬顯示 利用CT掃描數據進行顱頜面三維重建，同時利用3DMD進行患者頜面部立體攝影。開發圖像融合軟體，基於VRML數據格式，利用表面輪廓法行立體紋理映射，將CT三維重建軟組織圖像與立體攝影圖像融合，構建了顱頜面軟硬組織三維形貌模型,並在虛擬環境下顯示。 二. 顱頜面組織生物物理參數獲取及物理數據模型構建 在新鮮屍體上下頜骨上進行了鋸切、鑽切力的測量。通過Kistle力感測器進行數據採集，測量切割力及鑽切力的大小。利用Nano-Hardness Tester, Berkovich壓針，進行頜骨彈性模量的測量。對於上述生物物理參數進行了統計學分析，並將彈性模量與CT灰度值間進行了相關分析，發現無顯著相關性。將上述生物力學參數，如頜骨彈性模量、切削力大小、組織粘彈性等通過邊界元的方法構建力反饋的生物力學模型。 三.力觸覺反饋的實現及正頜手術的模擬 利用頜骨彈性模量、阻尼係數等生物力學參數，構建了基於頜骨生物力特徵的力反饋物理模型。並利用“AABB包圍盒”的方法，實現碰撞檢測。開發了力觸覺及圖像反饋軟體，實現了虛擬環境下上頜骨截骨，鑿骨及鑽切的手術操作。並實現了頜骨切割、鑽切時實時圖像及力觸覺的反饋。利用立體眼鏡、觸覺反饋設備基本實現了正頜手術的虛擬操作，沉浸感強。 四.以Windows XP 為操作平台，利用面向對象的計算機語言VisualC++6.0，研發了基於虛擬現實技術的顱頜面三維形貌建模及手術模擬與預測系統。 課題研究期間，共發表中英文論文13篇，其中發表SCI論文8篇，中文核心論文5篇。參編專著2部。申請發明專利2項。新申請獲得上海交通大學醫工結合項目1項。培養博士研究生3名，碩士研究生1名。同時，項目主持人獲得上海交通大學“SMC-晨星青年學者獎勵計畫”，醫學院附屬第九人民醫院“優青”計畫資助。獲得上海市科技進步獎二等獎，華夏醫學科技獎二等獎各1項。