虚拟手术中软组织重建及显示关键技术的研究

虚拟手术中软组织三维重建及显示技术的应用可以辅助医生对病变体及周围组织进行分析,从而减小手术损伤,提高肿瘤定位精度与手术成功率。本文介绍了软组织重建整体过程的基础理论与关键技术,对近几年国内外在软组织重建各方面的研究成果进行了概括总结,系统、全面的阐述该研究的一般过程。     

虚拟手术中肝脏体实时切割系统

在检测二维医学图像的过程中利用医学图像的三维可视化技术有利于医生更加全面地分析图像数据,从而对病情做出准确的应对措施.以肝脏为例,首先提取可视人体数据集中连续横断面图像,采用区域生长的图像分割算法从连续的横断面图像中提取出肝脏轮廓的区域.然后对肝脏轮廓进行层间插值,利用VTK工具包结合面绘制方法构建出肝脏的三维模型.接着对初始模型进行一定程度的网格削减,降低数据冗余度,完成虚拟肝脏体的三维重建.采用CUDA架构进行肝脏体纹理的合成与映射工作,兼顾了体纹理的真实感和虚拟手术系统的实时性,对虚拟肝脏手术的发展有着重要的促进作用.     

基于Java 3D的医学图像三维重建系统

系统采用分层组件化的设计思想,在逻辑上分为三层:图像预处理层、图像分割层和用户界面层,实现了医学图像的二维标注与测量、三维体数据的分割、三维重建与交互功能。介绍了系统的体系结构和系统开发的主要技术方法。最后指出了系统的实用性和对医学研究方面的价值。     

虚拟内窥镜系统研究进展

简述了虚拟内窥镜系统的特点和发展经历,详细论述了数据采集、图像的组织分割、三维重建、路径规划、实时绘制等处理过程以及基于面绘制和体绘制的主要技术组成,介绍了当前的现状,同时指出了在组织分割、路径规划、实时处理、场景绘制、硬件平台等方面存在的主要问题。     

脊柱外科三维重建系统设计

阐述了利用CT断层扫描影像切片数据,从二维图像中提取三维信息,并采用OpenGL开发工具进行三维重建,结合VC 的功能界面设计,实现了具有医学诊断指导意义的脊柱外科三维重建系统.     

人体医学图像三维表面重构的实现

文章简述了医学图像三维重建表面绘制的基本原理,详细介绍了轮廓线连接法表面绘制的实现方法。其中边缘提取采用梯度算子和Kirsch算子结合的方法,解决了不连续边缘点连接的问题;轮廓连接采用同步前进法,并对同步准则作了改进,以解决相邻轮廓线上点的错位连接问题,重建效果较为满意。     

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.     

虚拟反射式高能电子衍射实验系统的设计

选择LabVIEW 8.2软件作为系统开发平台,设计实现了一个虚拟RBEED实验系统.概括了RHEED工作原理和样品砷化镓(GaAs(001)_(2×4))表面的不同结构模型,重点介绍了虚拟RHEED实验系统的设计思想及成果.该系统面向国内一流的大型实验仪器设备进行开发,具有一定科研创新价值,同时它在保证实验教学质量的前提下还大大节省了高校的实验耗费.     

一种基于图像的快速虚拟植物可视化重建

提出了一种视觉意义上快速植物三维重建方法，近似重构一株视觉上“相似植物”。该方法利用已有的植物结构信息，基于图像分割和三维重构技术，获取植物轮廓从而重构植物的骨架；结合植物真实图像修正生成的植物模型，最终生成视觉“真实”植物。该方法基于图像的三维重构技术，避开了植物复杂的形态结构规则提取，实现“快速意义”的重建，并采用真实图像验证技术，确保视觉上的近似，提高了对最终生成图像的控制度。     

基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统的构建

针对医学手术排练演习和手术教学开发了虚拟脊柱手术模拟平台。在该平台上能够根据手术的真实环境,模拟常用手术器械和脊柱结构,实现人机实时交互。详细介绍了系统的硬件环境参数,并基于3DS MAX的建模和力触觉渲染引擎CHAI 3D进行仿真。仿真实验结果表明,基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统可以有效地模拟脊柱手术时的力反馈状态,帮助医师进行脊柱手术术前训练,并适用于高校的医学教学和医疗机构人员的培训。     

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。     

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.     

基于手术刀的虚拟外科手术系统仿真器

该文设计了一种虚拟外科手术系统专用的虚拟手术刀仿真器。阐述了该仿真器的组成和各组成部分的工作原理,并对仿真器驱动机构进行了控制建模,设计了具体的计算机控制算法,最后在虚拟外科手术系统配套软件中给出了控制实现方案。该仿真器较之虚拟现实系统中传统的力反馈装置(如PHANTOM),更加符合外科医生实际操作习惯,具有更好的实用价值。     

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。     

一种鼻内窥镜虚拟手术仿真系统

介绍了一种用于耳鼻咽喉科医生手术仿真训练的鼻内窥镜虚拟手术仿真系统。主要讨论了本系统的结构设计、三维重建、碰撞检测、软组织弹性形变和力反馈等方面的技术实现，并对系统的多种浏览模式、虚拟器械和仿真的4类手术作了简要介绍。     

一种对虚拟对象进行控制的系统设计

本文介绍了如何利用基于G语言的图形化编程环境LabVIEW建立对可编程序控制器虚拟对象进行控制的系统，并且针对其中典型控制对象进行说明。     

虚拟仪器系统软件结构的设计

分析了VXI总线“即插即用”规范的虚似仪器系统软件结构, 并结合实例,阐述了虚拟仪器系统的输入/输出(I/O)软件、仪器驱动程序及应用程序开发环 境的组成与实现。     

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。     

虚拟电梯系统中的PLC通讯技术设计

介绍了虚拟电梯的概念和功能以及通讯技术,设计了通讯中可扩展的协议格式,分析了虚拟电梯系统的通讯过程,利用VB语言和西门子S7-200PLC梯形图开发设计通讯程序,实现了计算机与PLC之间的实时通讯,并成功应用到了多部电梯的虚拟电梯系统中。