一种胆道虚拟手术仿真系统*

设计了一种用于外科医生仿真训练的具有实时力反馈的胆道虚拟手术仿真系统。主要讨论了本系统的结构设计、三维重建、碰撞检测、软组织的弹性变形和力反馈等方面的技术实现。通过对胆囊取石手术进行仿真模拟,分析该系统的应用情况和性能指标。实验结果表明,该系统能有效地进行胆道手术仿真训练,提供的力反馈功能具有较好的稳定性和实时性。     

支持力反馈的肝脏外科虚拟手术仿真系统

介绍一个用于外科手术的肝脏虚拟手术仿真系统。该系统基于SensAble公司的PHANTOM力反馈设备,利用虚拟现实技术实现肝脏手术过程中有关肝脏及其内部组织的多种手术操作,提供真实的视觉反馈和力反馈,具有良好的实时性。为虚拟现实技术在手术仿真中的实用化探索出一条可行的道路。     

一种鼻内窥镜虚拟手术仿真系统

针对传统误差扩散法在中频区域存在的结构纹理，提出了一种基于视觉差的误差扩散算法（PEB Error Diffusion）。PEB－ED借鉴了DBS中考察人类视觉误差的思想，对误差扩散结果中最容易发生误处理的中间调区域像素进行二次处理，因而明显减少了由固定的误差扩散滤波器所产生的结构性纹理，提高了图像的整体视觉效果。此外，它还可以减弱实际打印中“点增益现象”的影响。     

虚拟焊接仿真系统研究进展

虚拟焊接仿真系统允许焊接操作者在进行实际焊接之前,利用仿真系统充分对焊接动作进行单独或多种组合训练,可以极大提高操作者的业务水平.本文介绍虚拟焊接系统中主要的功能模块,对虚拟焊接仿真系统进行分类划分,分析并总结各种焊缝形状视觉模拟技术的优缺点,最后指出虚拟焊接仿真系统未来的研究方向.     

遥操作正骨机器人虚拟手术仿真系统研究

分析了将虚拟现实技术引入医疗机器人系统的重要性,结合本实验室研制的医疗正骨机器人系统提出了一种基于Java3D、视觉反馈和力反馈的遥操作正骨机器人虚拟手术仿真系统．文章介绍了系统的总体结构、工作原理和软、硬件平台,分析了虚拟和现实两个子系统的工作流程,并描述了系统内各主要模块的功能．     

交互式虚拟内窥镜系统

计算机图形图象技术与虚拟现实技术应用于医学内窥镜系统,产生了虚拟内窥镜技术,为了将虚拟现实技术应用在医学图象处理方面,以方便医生进行虚拟手术与无创诊断,在综合利用各种计算机图形,图象技术的基础上,提出了完整的交互式虚拟内窥镜系统的框架,同时对系统结构和各种模型进行了分析和讨论,还针对系统的实时性和绘制结果的逼真性要求,提出了基于Object Cache和扩展的区域增长方法,并将其应用到医学图象处理当中,得到了较好的效果,该系统较好地解决了虚拟现实与可视化实时性和绘制精度两方面的要求,从而为医学图象可视化提供了有力的工具。     

远程交互式虚拟内窥镜系统

给出了虚拟内窥镜系统的组成框架，并详细分析了其中的关键技术，为了满足远程医疗的需求，设计了一个基于远程医疗的交互式虚拟内窥镜系统，同时给出了实现该系统的技术要点和方法，文中还提出了一种轮廓数据简化算法和一种简便的轮廓点对应方法。     

虚拟手术中肝脏形变仿真系统

由于肝脏具有复杂的生物力学特性,因此在进行形变仿真时,计算量大而难以达到实时性要求;同时在对肝脏形变实时仿真时却很难达到真实感.为了解决这一矛盾,需要研究一种可以自动依据手术器械操控区域及施力大小而动态转换的混合模型,通过理论分析提出了一种肝脏网格与无网格混合模型的构建方法.实验结果表明,该算法具有较高的计算效率且形变具有较好效果,能够满足虚拟肝脏手术仿真的真实感与实时性要求,对虚拟肝脏软组织手术研究具有一定的指导意义.     

具有力感觉的声带肿物切除仿真方法研究

在虚拟手术系统中,实时的图形显示和使操作者感觉到真实的操作力是非常重要的。该文介绍了在建立虚拟手术系统中,具有力感觉的声带肿物切除的仿真方法。首先介绍了软组织声带以及声带肿物的几何建模办法,考虑到虚拟手术中对实时性的要求,采用了分块建模的方法;然后通过对软组织生物力学特性的分析,利用弹簧-质量-阻尼模型对其建模。采用的算法减小了计算量,真实地仿真了声带肿物取出时声带的变形以及操作者感觉到的力。     

一种虚拟环境温度触觉再现仿真系统设计

分析了温度触觉感知特性,提出了手指和物体接触时各自表面的温度变化过程,结合单热源温度触觉再现装置设计了一种基于三维力反馈手控器的虚拟环境温度触觉再现仿真系统。手控器可控制虚拟手的动作,对虚拟物体进行温度和力的感知。仿真系统中能再现手指与不同热属性物体接触时的温度变化和力变化,且视觉效果逼真,体现了温度触觉再现的实时性和有效性。     

虚拟手术系统技术现状

虚拟手术是近年来在国际上发展迅速的一个领域。通过利用虚拟现实技术,医生们可以模拟在由患者的CT或MRI数据所构建的病灶处三维图像上进行手术操作,对于确定病灶位置,制定最佳手术方案和保证手术成功都具有十分重要的意义。该文分别对虚拟手术技术中的图像分割技术、人体器官三维重建技术以及软组织变形技术等几个主要方面研究做出了介绍,并分析了其技术需求及技术关键相关问题,为进一步进行虚拟手术系统的研究工作打下了一定基础。     

一种虚拟手术二维力觉交互装置的力学模型

对力交互装置在虚拟手术巾有着广泛的应用,作为基础研究,提出一种二维力觉交互装置的反馈力模型,通过模拟虚拟器械与肌肉组织和骨骼碰撞时的受力情况,验证模型的合理性。首先,根据人体组织的生物力学性能,参照Kamopp模型和胡克定律提出了系统的反馈力模型;然后针对系统的性能指标,通过对肌肉和骨骼两种组织的碰撞实验,验证了设备在虚拟手术过程中反馈力实现效果。仿真结果显示,反馈力方法能较准确地仿真力的变化,准确地感知骨骼的位置,对于虚拟手术系统的实用性具有重要意义。     

膝关节镜手术仿真训练系统设计

利用虚拟现实技术建立的手术仿真训练系统,可以大大减少内窥镜等疑难手术的培训时间并节约昂贵的动物实验费用.为满足膝关节镜手术训练的需要,针对虚拟手术仿真的技术特点,提出了关于虚拟现实技术的膝关节镜手术仿真训练系统的设计,主要对系统体系结构、软件结构、功能模块和系统界面的设计和技术实现进行了研究,最终实现了一个支持双手操作的手术仿真训练系统.实践证明,系统能逼真地模拟手术的流程,取得了良好的训练效果.     

基于接触有限元模型的虚拟手指力建模研究

触觉反馈是虚拟现实应用中使人获得沉浸感的重要方式。随 显示技术的日趋成熟,触觉和力反馈的研究的焦点之一,如何度量虚拟手在接触物体时反馈的力的大小 是力反馈中的首要一步,对此,该文在研究了力反馈类型的基础上,给和指与虚拟物体间的接触数学模型,提出了基于接触有限元的接触数学模型,并有杉ＡＮＳＹＳ对霏 均匀有理Ｂ样条的手指表面和虚拟按钮间的接触变形和力分布情况进行了计算,得出了力反馈所需要的接触力大小。     

虚拟手术中的针操作仿真研究

详细论述并实现了虚拟手术中针操作仿真技术.首先将材料的各向异件引入基于有限元理论的动态Tensor-Mass生物力学模型,并结合动力学方程以仿真软组织形变;接着根据物理运动规律描述手术针与人体组织间相互作用关系,然后结合结点投影法来论述针力与摩擦力的处理策略,并给出算法具体描述;最后提出一种局部网格细分法与针力等效处理方法相结合策略以提高仿真精度与速度.实验结果证明该方法不仅合理处理针与组织间作用力关系,而且能够避免网格单元数目激增,同时可消除滞后性与网格单元退化等,从而降低时空复杂性,并满足仿真精度与实时性,也提高仿真系统健壮性.实验结果显示针操作能够实时仿真活组织检查、介入治疗与跟骨钻孔等,在医疗中具有实际意义.     

具有力反馈的虚拟膝部手术系统

基于计算机的外科手术仿真系统已被广泛用于医疗教育、手术训练、手术计划,还被作为术中的辅助手段。随着具有力反馈设备在虚拟膝部手术中的应用,拓展了体数据可视化技术在医学实践中的应用范围,使医务人员不但能看到而且可以触摸并可以使用各种虚拟手术器械对三维虚拟人体膝部进行切割,修补,嫁接等操作。该文介绍了虚拟膝部手术系统的组成部分,主要包括：图像数据的获取和分割,三维模型的重建及人机交互操作,并详细说明每一部分的技术要点及其所采用的疗法。     

虚拟现实与卫星仿真技术

该文通过对虚拟现实技术理论和应用状况的分析,结合卫星技术的特殊性,提出如何将虚拟现实技术与卫星仿真技术相结合,在虚拟环境下对卫星的设计、制造、发射,直至在预定轨道上的运行等全过程进行可视化仿真的方法。