虚拟现实技术在鼻腔镜手术仿真训练系统中的应用研究

讨论了虚拟现实技术在鼻腔镜手术仿真训练中的应用,结合研制开发的具体实用系统,对系统设计、三维重建、实时力反馈、交互漫游、仿真操作等相关技术进行探讨。为把虚拟现实技术拓展到其他医学手术仿真领域提供了技术依据。     

一种膝关节镜手术仿真系统

介绍了一种膝关节镜手术仿真系统,主要对系统结构设计、快速碰撞检测、软组织形变和实时力反馈计算等方法进行讨论,提出了基于八叉树分割的坐标轴层次包围盒碰撞检测算法和线弹性有限元半隐式模型,并结合力反馈计算实现了四类膝关节镜手术的仿真。通过应用,表明系统能够满足临床手术训练的需要。     

Fastrak数据滤波校正及在虚拟手术中的应用

电磁跟踪设备Fastrak在虚拟手术中医疗器械的定位中有很重要的应用,为此重点研究了Fastrak与OpenGL的编程接口,以及在复杂电磁场干扰环境下的数据滤波校正。利用快速傅立叶变换,设计了一个带通滤波器对Fastrak噪声数据进行过滤,确保了虚拟手术过程中医疗器械的平稳、准确实施。研究的滤波校正方法已成功应用于虚拟膝关节镜手术系统中,为虚拟手术系统提供了合理的Fastrak数据。     

虚拟手术仿真器技术

虚拟手术仿真器是虚拟现实技术在医学上的一个重要应用。本文较为全面地论述了虚拟外科手术仿真器的研究发展概况,对其需求和关键技术进行了分析,重点讨论了虚拟人体器官组织物理模型的构造技术,为下一步开展虚拟手术仿真器的研制工作打下了研究基础。     

斜拉桥结构施工状态下连续小波变换损伤识别方法

以在建的广东李家沙特大斜拉桥为工程背景,选取双悬臂施工状态下的结构为分析对象,利用MI-DAS软件分析获得结构的各阶振动模态,将之作为输入信号导入MATLAB中,进行Gaussian小波变换用于结构损伤识别.对不同位置与程度结构损伤的识别效果进行了讨论,对各阶模态及各类型模态的损伤识别效果进行了比较,并考虑了随机噪声的影响.研究结果表明,曲率模态对结构损伤较为敏感,损伤识别的效果较好.另外,损伤识别效果受一定边界条件的影响.但总的来说,曲率模态的连续小波变换信号能够快速、可靠地识别出施工过程中结构的损伤位置与损伤程度.     

基于凹凸纹理映射技术的视差纹理映射技术改进

凹凸纹理映射技术是三维图形学中近年来研究的一个热点,它被使用来绘制物体表面的细节,使物体表面看起来具有粗糙感,增加绘制场景的真实程度。视差纹理映射技术是新近提出的实现物体表面粗糙感的一种凹凸映射技术,它是对目前因计算量过大而无法应用于实时渲染系统中的传统凹凸纹理映射技术的改进,这种技术不是对物体表面的顶点进行偏移,而是借助于高度图对纹理坐标进行偏移,从而近似达到位移映射技术的效果。本文从对高度值的调整和偏移值的校正两方面着手,对视差纹理映射技术加以改进,使绘制后的物体表面真实感更强,且所增加的计算量不大,使其应用范围更加广泛。     

一种基于OpenHaptic的软组织有限元形变模型

OpenHaptic是基于PhanToM设备的力反馈模拟编程环境,与原来常用的GHOST SDK编程环境相比有着不可替代的优势;因此,在OpenHaptic环境下进行力反馈相关研究具有十分重要的意义。充分探究了采用OpenHaptic进行空间力反馈模拟的实现方法,在分析现有软组织形变模拟方法的基础上,根据软组织形变模拟对真实感与实时性的要求,建立了一种基于有限元计算模型的形变处理方法。实验结果表明软组织有限元形变模型在OpenHaptic环境下完全满足软组织形变模拟的真实感与实时性要求。较早地探究基于OpenHaptic环境的虚拟手术相关实现技术并做出相应的研究成果对于基于OpenHaptic环境的虚拟手术相关研究具有重要的参考价值。     

光纤法珀传感解调方法研究进展

光纤法珀传感器是目前发展历史最长、应用最普遍、技术最成熟的一种光纤传感器，广泛应用于各类极端复杂的环境中，对其传感信息进行准确解调是实现高精度测量的关键。首先对光纤法珀传感技术的发展历程进行了回顾和评述，接着介绍了光纤法珀传感器的类型和基本传感原理，对光纤法珀传感器解调方法的研究进展进行了阐述，从强度解调和相位解调两方面分别介绍了强度解调法、光谱解调法和低相干干涉解调法。最后总结了各类解调方法的应用特点，为光纤法珀传感器高精度快速解调的研究与应用提供参考。     

支持力反馈的鼻腔镜虚拟手术仿真系统

介绍了一个用于外科医生手术操作训练用的鼻腔镜手术仿真系统。该系统基于SensAble公司的PHANTOM为反馈设备,利用虚拟现实技术来表现鼻腔镜手术过程中对鼻腔解剖结构的漫游以及对有关鼻腔组织的手术操作反应。该系统提供的实时高分辨率的视觉和力觉反馈具有很强的真实感,为虚拟现实技术在手术仿真训练中的实用化探索了一条有益的路子。