肝脏管道供血分布及残肝体积的计算

在肝切除、肝移植等手术计划中,精确地计算残肝体积至关重要,它能够直接影响到手术的成败.文中结合临床上肝外科手术的术式,提出了能够实时、准确地计算出基于肝脏管道供血分布的残肝体积的算法.首先基于个体化肝脏CT数据,通过分割和细化2个步骤建立肝实质三维模型及肝内管道的抽象树状模型;在此基础上,通过人机交互灵活地选定肝内管道分支数目和分支起点,并基于多背景距离变换计算肝脏供血分布和各部分所占比例,从而得到准确的残肝体积.实验结果表明,该算法计算速度快,对肝切除结果的模拟和计算精度能满足实际临床需求,可为手术计划提供指导依据.     

支持力反馈的肝脏手术虚拟仿真及研究

该文提出了一种基于支持力反馈的肝脏虚拟手术仿真系统,支持力反馈的肝脏虚拟手术仿真实现流程主要包括CT影像的肝脏三维重建、空间场景构建、实时动态交互设计、反馈力的手术操作仿真.虚拟仿真环境搭建完成后,用户能够通过头盔式显示设备HTC Vive Pro及其所配备力反馈手柄在虚拟手术场景中进行肝脏手术切割的沉浸式知识学习及实...     

肝脏虚拟手术中的关键技术研究与实现

对虚拟仿真手术中的图像配准、图像分割、人体器官三维重建以及虚拟切割等关键技术进行了深入的探讨与研究,通过PHANTOM操纵"虚拟手术刀"对肝脏及其内部管道模型进行了仿真切割实验.结果表明,在力反馈设备的基础上进行虚拟肝脏切割手术.仿真手术过程和结果基本符合临床实际情况.     

虚拟手术中顶点复制切割算法的设计研究

为了解决虚拟内镜手术中软体组织切割模拟仿真问题,论述并实现了虚拟手术中软组织切割仿真技术.使用四面体网格模型,利用刀具移动简化模型,构造用于切割操作的切割树,设计了通过划分切割区域,复制和移动顶点,在实现切割分裂时,减少网格单元结构数量增加的切割分裂和切割细化算法.通过仿真实验,文中算法的耗时与切割长度程线性关系;使用该算法实施切割后,网格结构中单元结构数量的增加相比传统的算法有明显减少.     

医学图像三维表面模型切割算法

为了在计算机辅助虚拟手术中对重建的三维模型进行切割,提出一种医学图像三维表面模型切割算法,利用鼠标在模型上画任意形状的封闭曲线来模拟手术刀的切割轨迹,从而实现手术过程中的任意交互切割。仿真实验结果表明,该算法具有良好的交互性,能够获得较好的虚拟切割效果,具有一定应用价值。     

基于VTK的医学三维图像模型构建与切割

虚拟外科手术是医学领域的一个重要研究方向。基于面绘制和体绘制两种可视化算法实现医学图像的三维模型重建,针对不同重建模型分别实现虚拟任意切割：面切割和体切割,并讨论了虚拟切割的交互操作实现方法。用VTK(Visualization Toolkit)初步实现了模拟手术系统中的虚拟切割脊柱体功能。     

虚拟肝脏手术中的美兰注射实现技术研究

肝脏肿瘤切割手术中美兰注射过程是准确找到肿瘤所在位置的关键步骤之一。真实地模拟出美兰注射过程对虚拟肝脏肿瘤切割手术而言至关重要。针对虚拟手术中真实感的需求,提出了一种结合纹理映射技术的美兰注射模拟算法。运用扩散方程模拟了美兰在纹理表面的扩散过程,并结合保角映射算法将变化的纹理映射到虚拟手术中的三维网格表面。扩散方程能够真实地模拟出液体在物体表面扩散的过程,保角的纹理映射算法能够得到三维网格点的纹理坐标。实验结果表明,美兰注射过程的模拟算法能够模拟出虚拟肝脏肿瘤切割手术过程中的肿瘤标定,满足虚拟手术中的真实感需求。     

基于CT图像的肝脏及其内部管道可视化系统

建立肝脏及其内部管道系统的三维模型并进行切割手术模拟可以提高肝脏外科手术的精确性和安全性,达到最大限度地减小手术创伤、缩短手术时间、提高手术成功率、减少医疗费用及促进病人康复的目的。论文阐述了作者开发基于CT图像的肝脏及其内部管道系统三维重建、虚拟切割采用的技术和方法———用直接体视化方法建立肝脏的三维体视化模型,在OPENGL环境下采用空间点绘制的方法显示肝脏的管道系统并进行切割手术模拟。最后,采用小波变化进行了医学图像数据的压缩。     

基于移动最小二乘法的无网格肝脏形变研究

在手术虚拟仿真对软组织形变研究中,采用传统的网格形变方法,由于出现网格畸变、网格重构会影响形变效果的问题.针对手术虚拟仿真要求尽可能逼真地模拟形变以达到良好的真实感,提出了一种基于移动最小二乘法的无网格方法对以肝脏为对象的软组织进行形变研究,考虑肝脏软组织生物力学特性,采用Voigt模型对肝脏软组织进行物理建模.同时,针对无网格肝脏模型的碰撞检测,提出AABB包围盒与八叉树空间分割相结合的碰撞检测算法,在肝脏模型体节点的合理布局基础上可以对碰撞进行有效准确的检测.实验结果表明,无网络方法实现简单且具有较好的形变真实感,对虚拟手术中软组织形变研究具有重要的指导意义.     

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.     

Liver vasculature refinement with multiple 3D structuring element shapes

Delineating anatomical structures and other regions of interest is an important component of assisting and automating specific diagnostic, radiological, and surgical tasks. In this paper, a segmentation approach for liver region delineation is proposed, which is based on hysteresis thresholding followed by texture analysis with statistical moments. After that, the region growing method is applied to extract a hepatic vessel tree followed by hepatic vasculature refinement with multiple 3D structuring element shapes. The structure and morphology of the vascular network and its relationship with tumors and liver segments are of major interest to surgeons planning liver surgeries. Knowing the refined major vasculatures is important for surgeons to plan resection into liver segments for tumor treatment, and dissection into right and left lobes to assess accurate liver volume in determining donor suitability for liver transplantation. Therefore, an automated hepatic vessel segmentation scheme followed by vasculature refinement is recommended for planning tumor resections and living donor liver transplants. In addition, these vessel extraction and refinement methods combined with liver region segmentation techniques can also be applicable to extract tree-like organ structures such as carotid artery, renal artery, coronary artery, and airway paths from various medical imaging modalities.     

Liver Surgery Planning Using Virtual Reality

We have developed LiverPlanner, a virtual liver surgery planning system that uses high-level image analysis algorithms and virtual reality technology to help physicians find the best resection plan for each individual patient. Preliminary user studies of LiverPlanner show that the proposed tools are well accepted by doctors and lead to much shorter planning times     

复用计算的虚拟肝脏体纹理合成与映射方法

虚拟手术中器官纹理能够给用户直观反映,加强临场感和操作感。研究在虚拟肝脏手术中纹理的表现技术,先合成体纹理空间,把二维情况下基于复用计算的纹理合成技术进行改进,扩展至三维空间中进行体纹理块分布并着色;同时计算每个三角面片内部点集并着色,以此增加纹理的真实感;切割肝脏体能看到内部纹理。实验结果表明,该方法能够生成具有高度真实感以及同样本体纹理相似的三维纹理,且合成速度能够满足虚拟手术要求。     

医学图像3维重建模型的虚拟剖切算法

对医学图像体数据及重构几何模型进行虚拟剖切,可以方便地看到内部的组织,便于观察和诊断,可用于医疗放射治疗规划.针对医学图像重建的表面几何模型,提出了对模型进行平面剖切、立体开窗及任意交互切割的算法.平面剖切和开窗是用剖切面或剖切体对重建模型施以剖切,在剖切面上生成边序列及顶点序列;由此边序列和顶点序列生成封闭的边界轮廓,确定各轮廓的包含关系;对封闭轮廓包围的截面区域进行Delaunay三角剖分,得到完整的剖切后的表面模型.任意交互切割过程是交互生成切割路径,确定切割边界,并沿切割边界对表面模型进行切割.实验结果证明了本文算法的有效性.采用本文算法可得到良好的虚拟剖切效果.     

改进的B-Snake模型肝脏CT图像分割算法

肝脏模型的个性化是肝脏虚拟手术系统中的一个关键技术,而肝脏模型的个性化又是以肝脏CT图像的三维分割为前提的。针对B-Snake模型的特点,提出一种结合区域填充的改进B-Snake模型图像分割算法。将相邻的上一张切片的分割结果映射到当前切片上,根据一定的规则进行区域填充,并将填充后的结果与前一张切片的分割结果按一定的算法进行比较,进一步优化。得到的初始轮廓很接近肝脏的真实边界,而且大部分曲线已在边界上,将其作为改进的B-Snake模型算法的初始轮廓,只需对其进行部分控制点的优化调整,就可得到准确的分割结果。以此类推,直到处理完所有切片图。实验表明,该算法能有效提高分割的准确度,获得较满意的分割结果。     

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。     

基于软件Agent的虚拟工艺设计系统的研究

敏捷制造对传统的工艺设计提出了异地协同设计的要求。为此,文章提出了工艺设计的三层体系结构,在此基础上,通过软件Agent技术的引入,设计了一个能有效实现异地协同设计的虚拟工艺设计系统,并构造了可嵌套的Agent联邦结构,来增强系统的柔性和可扩展性。关键技术在自主开发的商品化软件GS-CAPP系统中得以实现,并在实际应用中取得了良好的效果。     

虚拟手术中的模型实时绘制

实时的视觉反馈在虚拟手术中可以加强操作者的沉浸感。该文分析了体绘制和面绘制的优缺点,在系统实时性的要求下,实现了基于立体纹理映射的三维体模型的面绘制。算法在容许实时交互的同时,为操作者提供了真实感较强的视觉反馈。由于文中立体纹理生成及纹理坐标计算的特殊性,对虚拟手术中的拉压变形和切割等操作也能很好地处理。