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《虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)第29卷第1期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETEC~NOLOGYVol.29No.12007文章編號(hào)：1001-2486（2007）01-0076-05!虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究熊岳山1，徐凱1，王彥臻1，譚珂2，郭光友2（1.國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410073；2.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院技術(shù)教育中心，北京100853）摘要：虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)仿真訓(xùn)練的有力工具，在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。結(jié)合虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的幾何建模、形變計(jì)算、力
2、反饋與場(chǎng)景特效處理等關(guān)鍵技術(shù)與模擬仿真效果；文中的技術(shù)可推廣應(yīng)用到其他虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中。關(guān)鍵詞：手術(shù)仿真；醫(yī)學(xué)訓(xùn)練；力反饋；特效處理中圖分類號(hào)：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AResearchonkeyTechniIuesforSystemofvirtualSurgerySimulationwithkneearthroscopeXIONGYue-shan1，XUKai1，WANGYan-zhen1，TANKe2，GUOGuang-you21.CollegeofComputer，NationalUniv.ofDefenseTechnology，Changsha
3、410073，China；2.CenterforTechniCueEducation，PLAGeneral~ospital，Beijing100853，China）abstract：Virtualsurgerysimulationsystemisoneoftheimportanttoolsformedicaltraining.ItcanbeWidelyappliedinmedicaleducation.Bytheexperiencesinthedevelopmentofthevirtualsurgerysystemforkneearthroscope，Weint
4、roducethekeytechniCuesaboutgeometrymodeling，deformationcomputing，mechanicsfeedbackandspecialeffectprocessing.Themethodsdevelopedinthispapercanbeextendedtoothervirtualsurgerysimulation.keywords：surgerysimulation；medicaltraining；mechanicsfeedback；specialeffectprocessing［1］建造了世界上第一個(gè)虛擬手術(shù)
5、仿真系統(tǒng)，它可以用于觀察關(guān)節(jié)移20世紀(jì)80年代，Delp和Rosen植手術(shù)的過(guò)程與結(jié)果。在1991年，Satava［2-3］完成了第一個(gè)腹部手術(shù)的仿真系統(tǒng)，它的結(jié)果雖然和真實(shí)感與交互性的要求相差甚遠(yuǎn)，但卻提供了在組織周圍漫游來(lái)觀察組織并使用虛擬的手術(shù)器械來(lái)進(jìn)行手術(shù)動(dòng)作的手段。目前，國(guó)外已經(jīng)有許多研究機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司對(duì)虛擬手術(shù)仿真中的實(shí)時(shí)力反饋交互技術(shù)展開(kāi)了研究和實(shí)踐，具有代表性的是：德國(guó)的卡爾斯魯厄研究中心（ForschungszentrumKarlsruhe）的UWeG.Khnapfel［4］等人于1997年研制成功虛擬腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)KarlsruheEnd
6、oscopicSurgeryTrainer。他們開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的3D模擬軟件KISMET作為訓(xùn)練系統(tǒng)的核心軟件，可完成實(shí)時(shí)的物理學(xué)模擬、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬以及快速的3D圖形渲染等功能。該訓(xùn)練系統(tǒng)采用彈簧振子（mass-spring）模型模擬子宮等軟組織形變，通過(guò)添加父結(jié)點(diǎn)使物體兩側(cè)的結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生聯(lián)系，使面模型形變表現(xiàn)出體行為，滿足了實(shí)時(shí)性和逼真性的要求；該研究中心于2002年又推出了系列系統(tǒng)VSOne。美國(guó)GEResearch&DevelopmentCenter開(kāi)發(fā)了醫(yī)學(xué)虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)（virtualendoscopymedicalapplication：VEMA）。該系統(tǒng)
7、采用先進(jìn)的分割、重建、顯示和自動(dòng)路徑規(guī)劃算法，使用器官的CT或MRI切片圖像，生成器官的3D內(nèi)表面模型，模擬視頻內(nèi)窺鏡的功能。VEMA支持多視圖技術(shù)，如細(xì)節(jié)放大、同步顯示器官內(nèi)外3D視圖、組合2D和3D表面視圖，在人體空腔管道中交互移動(dòng)或自動(dòng)航行，并且提供了交互式解剖結(jié)構(gòu)測(cè)量工具。VEMA可應(yīng)用于人體許多區(qū)域：虛擬結(jié)腸鏡、支氣管、血管鏡檢查等。其采用的目標(biāo)器官的CT和MRI圖像同周圍組織的對(duì)比度較好，主要用于醫(yī)療人員的培訓(xùn)和教學(xué)。相!收稿日期：2006-08-05基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（60371036）作者簡(jiǎn)介：熊岳山（1963—），男，教授，博士
8、。熊岳山，等：虛擬膝關(guān)節(jié)
