运动员潜在伤病警告方法研究与仿真

研究运动员潜在伤病准确警告问题.运动员中人体运动机能衰竭周期较长.各个时期的身体机能信号变化不明显,身体机能数据之间缺乏动态的关联性,造成数据之间的联系不紧密,传统的数据分析挖掘方法都是基于数据之间的关联进行深层次的分析,一旦运动员身体机能数据出现了较为明显的断层,关联性被削弱,将造成疾病深度挖掘的不准确.因此,提出了一种关联挖掘技术的运动员潜在伤病警告方法.对运动员身体机能数据进行聚类处理,计算身体机能数据权值系数,从而实现运动员潜在伤病警告.实验结果表明,改进算法提高了运动员潜在伤病警告的准确性.     

自行车运动的损伤特点及防治研究

伴随着我国自行车运动的迅速发展,比赛较为频繁,竞争激烈,训练和比赛中的损伤时有发生,本文根据其运动损伤的特点及原因,对伤病的防治提出建议。     

生物软组织力反馈触觉建模测试系统研制

设计了一种结构新颖的用于生物软组织力反馈触觉建模的测试系统。阐述了系统结构与工作原理,介绍了系统的机械设计、硬件电路和系统软件。系统采用计算机测量并控制带有力和位置传感器的单自由度机械手,通过插针实验与动物软组织交互得到软组织的力反馈触觉模型。以猪肝为标本进行实验,实验结果和现有的理论模型较为符合,该系统可以用于软组织触觉建模实验研究。     

虚拟手术中软组织切割模型研究进展*

虚拟手术仿真训练系统是虚拟现实的重要应用,能够克服真实传统手术中资源少、训练不方便和可重复操作性差等问题。软组织切割是虚拟手术仿真训练系统中的重要组成部分,也是手术中最常见的操作。软组织切割模型建立的质量如何,直接决定了虚拟手术仿真的精度度和仿真度。为更好地对软组织切割模型进行深入探索,分析了虚拟手术仿真中软组织切割的研究难点。针对当前十四种有代表性的切割模型进行了研究,在此基础上对这些模型的优缺点进行了比较,并对软组织切割模型的发展趋势进行了展望。     

电软纪念特辑与青春有关的日子

曾经叱咤风云的老拳王终敌不过岁月与伤病,在跌跌撞撞地完成了自己第319场比赛后,突然被告知,这是他人生中最后一场比赛。打拳在这个国度属于“灰色运动”,却丝毫不影响拳迷对它的喜爱。近二十年前。当时的老拳王年轻气盛,意气风发,尽管饱受质疑,却也不愿充当一只染白的乌鸦。是他向人们真正展现了这一运动的魅力所在,为之正名是他的理想,他也用自己的热情感染了很多年轻人,令他们追随至今。     

基于视觉的机械臂动态避障系统研究

外科机器人手术发展迅猛,从1992年第一台机器人手术系统到2008年,国内高江平教授与国外Bladou教授共同完成国内首例通过控制机器人手臂实现"达芬奇机器人"腹腔镜前列腺癌根治手术.围绕MoveIt!功能包来实现对视觉数据的处理和对机械臂运动的控制,采用八叉树建图的方式,深度相机实时检测到机械臂周围环境的变化,当出现...     

虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究

对虚拟手术仿真中人体软组织形变技术进行深入研究,利用OpenGL三维图形标准建立了基于质点-弹簧物理模型的虚拟人体软组织形变系统。围绕虚拟手术仿真中人体软组织形变的逼真度和实时性两大要素展开研究,通过对比四边形网格结构提出了改进的基于质点-弹簧模型的正六边形几何拓扑结构,并对软组织形变动力学模型及其数值积分算法、软组织形变力反馈计算模型进行了讨论,针对以往的虚拟手术器械与软组织表面接触时作用点的最近邻质点求取算法存在的不足,提出了改进的求取算法。实验结果表明,改进的算法在模拟软组织形变时具有较好的稳定性和实时性。     

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。     

人体软组织建模与实时仿真

虚拟手术系统在医学中实时仿真以建立可供手术前规划和手术时参考的虚拟环境。由于人体器官大多由软组织构成,有限元法能够精确地进行软组织几何大变形仿真。加速有限元仿真有多种方法,文章采用基于模态分析的模型约简方法,对软组织有限元模型进行模态分析,将约简子空间中的形变向量重构到原始空间,从而实现软组织实时仿真。实验结果表明,采用模型约简方法能够在仿真效率和真实性之间取得较好的平衡。     

智慧辅具与机器人技术

康复辅具是残障人（包括老年人、残疾人、伤病人）补偿或改善功能,提高生存质量,增强社会生活参与能力最直接有效的手段之一。对于残疾人补偿或替代其身体功能障碍,对于老年人提高或改进其日常生活活动能力,对于伤病人采取非手术、非药物的工程手段帮助其恢复健康,康复辅具是帮助残障者回归社会的最基本和最有效的手段,对于某些身体功能障碍,配置辅具甚至是唯一的康复手段。     

真实软组织特性的肝脏组织物理建模及受力分析优化

为解决人软组织系统物理建模过程中存在的精确性与实时性之间的矛盾,选择典型的人体软组织——肝脏为实验对象,建立了一套满足实时性的复杂软组织物理建模方法.首先在基于表面模型的质点-弹簧系统基础上引入了体弹簧,采用能够满足体行为模拟的质点-弹簧模型;在质点质量分配方面,采用体离散化的方法完成了质点质量的确定,同时提出了基于层次包围盒的重心修正方法;在弹簧参数设定方面,通过真实软组织生物力学实验和参数分析,提出分段线性化弹簧参数设定方法;最后提出了作用力影响范围的受力优化分析方法,以提升变形仿真的速度.实验结果表明,该方法能够更好地模拟软组织的形变,并提高模拟仿真的实时性.     

基于虚拟弹簧模型的柔性针穿刺仿真研究

在分析柔性针受力和挠曲的基础上,建立二维空间上柔性针穿刺软组织的虚拟弹簧模型,得到针体和针尖轨迹的数学模型。使用Matlab工具软件对针尖轨迹在不同情况下进行仿真。仿真实验结果表明,柔性针弹性变形量对针尖走向影响较小,影响针尖走向的主要因素是纵向控制坐标和针座与水平线初始夹角,且两者的叠加效应最终影响柔性针走向,可以为机器人辅助针穿刺操控提供理论基础,结合软组织变形研究,能够实现柔性针穿刺的轨迹规划和避障运动。     

虚拟手术中的软组织切割方法综述

介绍了虚拟手术仿真中模拟软组织被手术刀具切割的处理流程,将现有的软组织切割算法根据四面体剖分策略的不同和根据切割处理时机的不同进行了分类。对每一类切割算法的实时性、鲁棒性和真实感进行了分析,同时对比各个算法的优缺点,并对近年来国内外学者在软组织切割算法上的研究进展进行了介绍。最后,通过现有算法的特点并结合虚拟手术仿真系统的设计要求,讨论了软组织切割算法今后的研究重点。     

虚拟手术中基于可变方向凸包的碰撞检测算法

为了实现机器人辅助虚拟手术中快速精确的碰撞检测,提出了基于可变方向凸包的层次包围盒碰撞检测算法。在虚拟场景中,手术器械末端运动复杂多变且软体组织持续形变,分析器械和软组织的作用形式,根据器械运动学参数,预测软组织的变形,将其与固定方向凸包检测方法相结合,通过改变方向向量集合,提高包围盒树的紧密性,进而减少相交测试的次数,加速碰撞检测。仿真实验证明了可变方向凸包的碰撞检测算法可以实现精确的碰撞检测;与固定方向凸包算法相比在快速碰撞检测方面具有优越性,当软组织包含的面片数目越多时,快速性优势越显著。     

基于LabVIEW的力觉检测系统

研究了手术过程中穿刺针与生物组织的相互作用力,对穿刺力进行了建模,搭建了生物软组织的力觉检测系统,检测系统由软、硬件2部分组成.其中,硬件平台采用了德国生产的高精度位移平台为穿刺针提供动力,利用压阻式力传感器进行力信号检测,并通过数据采集卡实时收集力信号.软件平台利用LabVIEW编程控制电机的运动和数据采集.利用平台进行了针穿刺实验,并利用MATLAB对实验数据进行了处理和分析,得出了穿刺力—位移曲线及其与影响因素的关系.     

虚拟手术中软组织形变仿真研究综述

软组织结构是一种非线性、各项异性、近似不可压缩的粘弹性材料体，而软组织变形仿真是虚拟手术系统中最重要的研究方向之一，同时也是难点之一。本文首先对虚拟手术做了大致的介绍，然后重点分析和总结了软组织形变的各种方法，从几何方法到物理方法，从网格模型到无网格模型，并列举了最近几年的研究情况。其中对目前比较流行的有限元方法做了较为详细的说明。最后对未来发展方向进行了展望和总结。     

耦合无网格迦辽金与质点弹簧实现软组织形变仿真

软组织形变仿真是虚拟手术系统的关键技术.针对目前软组织形变仿真方法存在的问题,基于黏弹性力学模型提出了无网格伽辽金(EFG)与质点弹簧(MS)耦合的软组织形变仿真方法.在手术区域即大变形和拓扑改变区域采用EFG,其他区域采用MS方法,2个区域之间建立过渡单元;在过渡单元内建立过渡节点,根据过渡节点必须满足位移和力平衡条件来实现2个区域的无缝耦合.对人体肝脏的形变仿真实验结果表明,该方法是有效的.     

军用移动机器人技术发展综述

通俗地说,机器人就是能完成机械动作的通用自动机。按照美国 MIT 温斯顿教授的定义,智能机器人是感觉与运动的智能结合。该定义揭示了智能机器人的三个要素,即运动体系(执行器)、传感器系统(视觉、听觉、触觉等)以及智能控制系统(分析、推理、识别、决策)。军用智能机器人是一个非常广泛的概念,几乎包括所有的智能化武器系统。目前大多数所谓军用机器人,实际上就是一些高级自动化的无人操纵的军用车辆(轮式、履带式或足式)。本文讨论的范围也仅限于此,而不涉及如导弹等自动化武器。     

虚拟手术实时物体碰撞检测和软组织变形研究

针对虚拟手术系统中实时碰撞检测和软组织变形的问题进行了研究。对于实时碰撞检测,使用了包围盒检测结合三角面片检测的方法来检测物体之间的碰撞,并且找到相互碰撞的两个三角面片。对于软组织变形,使用了一种基于胡克定律的弹簧质点模型来虚拟仿真变形,并提供了控制点移动的方法。采用优化虚拟手术中的物体碰撞检测方法,减少了不必要的计算和增强了系统的精确度;简化了软组织变形的算法,相对加快了有限元模型运算速度。对推动虚拟手术的发展具有积极的意义和作用。     

C.G.Kllstrm教授将来哈访问

今年8月未瑞典Chalmers大学教授,C.G.Kallstrom将来哈尔滨船舶工程学院访问,C.G.K(?)llstrōm教授在系统辨识、参数估计和自适应控制理论方面有较高的造诣,在船舶运动模型辨识和估计,自适应船舶操纵的研究工作上处于世界领先地位,在哈期间,将作关于系统辨识、自适应控制和实际应用的专题报告和讨论,欢迎参加(参加者请与哈船院自控系联系)。