高保真电视胸腔镜肺叶切除术模拟

电视胸腔镜(VATS, Video-assisted thoracoscopic surgery)肺叶切除术仿真系统对外科医生手术培训及规划具有重要价值。为实现高保真电视胸腔镜肺叶切除术的模拟,设计了一套有效模拟VATS手术过程中不同手术操作的肺叶切除术模拟器。采用基于位置的动力学仿真框架实现了手术器械-软组织和软组织间交互作用、软组织切割以及手术缝合操作引起的变形模拟;并采用了Marching Cubes算法对模型进行面绘制,尤其是切割操作的渲染;使用GPU并行计算的方法加速手术模拟和面绘制。实验结果表明,本文方法可实现高保真、稳定、高效的VATS手术仿真效果。     

基于压力采集和FEM模型的软组织参数测量方法

提出基于压力采集和FEM模型的软组织参数测量方法,搭建基于光学运动跟踪系统和压力采集模块的软组织参数测量平台,对软组织形变过程三维重建,通过带压力传感器的ARM采集板获取压力值,采用BP神经网络对传感器进行精度校正.基于软组织形变集合构建四面体有限元模型计算软组织的初始参数弹性模量与泊松比,并提出一种参数参照模型对初始参数进行修正,通过实验验证参数的准确性.实验结果表明,用所述方法求得的软组织参数计算的软组织形变与真实测量所得软组织形变的平均相对误差为1.03%~1.60%,符合实际工程应用对软组织形变的精度要求.     

虚拟针灸视觉建模与仿真方法研究

为了解决传统针灸培养模式中初学者只有理论训练而没有实践训练的问题,结合信息技术和医学技术开展虚拟针灸训练系统的研究与实践。针对针灸治疗视觉过程中皮肤下陷和皮肤旋转两种物理现象,通过数学物理建模方法在三角形网格皮肤模型上建立物理模型。利用Java3D建立虚拟针灸场景,并对所治疗的穴位点进行拾取,随后运用JOGL（Java Bindings for OpenGL）呈现针灸治疗视觉全过程,并根据训练者操作过程进行评判。通过整合各个功能模块,在NetBeans IDE下开发出一套虚拟针灸训练平台,供针灸训练人员进行操作,评测训练人员的针灸水平。虚拟针灸训练系统的研究和实践对于降低实习针灸师医疗事故出现率具有重要的实际意义和应用价值。     

基于半稠密COLMAP自监督单目内窥镜深度估计

在单目内窥镜场景下人体内组织表面纹理稀疏,视野受限给图像的深度估计带来了一定的困难。针对以上问题,提出了一种基于半稠密COLMAP(structure-from-motion and multi-view stereo generation pipeline)结合动态卷积注意力机制的自监督单目深度估计方法。通过改进的COLMAP进行图像序列预处理,产生加权半稠密深度图作为监督信号,该过程引入加权可靠度对半稠密深度图中的干扰点和不准确点进行丢弃或抑制操作,在训练网络中加入了具有动态卷积的注意力机制模型(Selective Kernel Networks, SKNet),这种注意力机制模型可以对输入的特征图进行动态卷积以获得更多感受野的信息,加强网络对特征的提取能力。在肝脏数据集上进行试验,结果表明,绝对相对差为0.135,阈值T<1.25³时,准确率为0.985,对监督数据、SKNet模型进行了消融实验,证明了半稠密重建、SKNet模型以及加权半稠密深度图的有效性。