虚拟手术仿真中的力反馈研究

虚拟手术仿真是当前国际上生物医学工程领域研究的前沿课题.为了解决仿真中力反馈输出的稳定性和准确性问题,本文首先对基于OBB(Oriented bounding boxes)树结构的碰撞检测和响应进行了改进,改进后可以返回接触点位置和接触面的法向量.在此基础上,提出了一种二次检测的方法,大大减少了穿刺现象的产生;并采用同步机制对力的输出的稳定性进行改进,使力的输出更加稳定准确.最后的实验结果表明,改进后的算法在解决穿刺和稳定性方面有了较大的提高,使手术仿真中力的输出效果更加真实.     

虚拟手术仿真系统碰撞检测及其形变的研究

设计了一套用于外科医生手术仿真训练的具有实时力反馈的虚拟手术仿真系统.阐述了反馈设备通过带有力/位置传感器的单自由度的机械手和电机控制电路实现实时模拟手术仿真的位置采集和力反馈功能.通过碰撞检测、非线性力反馈计算和软组织形变计算等算法实现逼真的视觉反馈功能.仿真实验表明该系统提供了实时的视觉反馈,具有很强的真实感.     

侧脑室肿瘤的手术治疗

目的：探讨侧脑室肿瘤性质与部位的关系、手术入路的选择及其并发症的防治。方法：３３例经ＣＴ确诊的侧脑室肿瘤ＭＲＩ检查６例，脑血管造影５例），采用显微外科手术治疗，手术入路包括经额中回、顶上小叶、颞中间和三角区。结果；肿瘤全切除１９例，次全切除１３例，部分切除１例。手术重残１例，死亡１例。１３例经２－９年随访，肿瘤无复发。结论：只有根据病灶大小和部位选择合适和路，才能避免不必要的神经功能缺失和达到病灶     

具有力反馈的心血管介入虚拟手术模拟器的研发

目前我国介入手术医生的总量远远不能满足冠心病患者的治疗需求,运用新的心血管介入手术训练手段来加快医生的培养显得尤为迫切,故开展心血管介入虚拟手术系统的研究有重要意义.针对心血管介入虚拟手术模拟器进行研发,对心血管介入虚拟手术力反馈模拟器进行总体设计,该文设计了心血管介入手术介入导丝、导管的运动功能、力反馈功能模块的机械结构与控制系统,设计了X光透视开关、造影剂注射剂量采集、球囊加压气压采集等辅助介入操作仿真模块.研究表明:集成的心血管介入手术模拟器系统满足医学培训的需要.     

侧脑室穿刺并脑脊液置换术治疗蛛网膜下腔出血临床分析

目的--探讨侧脑室穿刺并脑脊液置换术治疗蛛网膜下腔出血的临床疗效.方法--对10例自发性蛛网膜下腔出血患者进行侧脑室穿刺并脑脊液置换术治疗.结论--侧脑室穿刺引流并脑脊液置换术对缓解剧烈头痛、降低脑血管痉挛发生率、脑积水发生率方面有显著疗效.     

侧脑室外引流加腰椎穿刺术治疗脑干出血（附66例报告）

目的探讨早期侧脑室外引流加腰椎穿刺术对脑干出血患者的治疗作用。方法对2003年6月～2008年2月我院神经外科收治的32例经早期侧脑室外引流加腰椎穿刺术加内科保守治疗的脑干出血患者（A组）,与同期神经内科34例单纯内科保守治疗的脑干出血患者（B组）的临床资料进行分析。结果A组：预后良好（ADLⅠ-Ⅲ级）10例,不良（ADLⅣ-Ⅴ）10例,死亡12例。B组：良好2例,不良11例,死亡21例。良好率比较两组疗效良好率差别有统计学意义（x^2=7.131,P=0.008）,两组死亡率差别有统计学意义（x^2=3.882,P=0.042）。结论早期侧脑室外引流加腰椎穿刺术治疗脑干出血对降低死亡率、改善预后均具有一定的临床意义。     

一种新型的力反馈实现方法

针对虚拟现实和遥操作机器人技术的需要,提出了一种实现力反馈新技术.电流变液是一种智能材料,在电场作用下其流变学特性如粘度能够在几毫秒时间内发生连续可逆的变化.利用电流变液的这种特殊性能,采用类似汽缸和活塞的结构设计了一种力反馈装置,汽缸与活塞分别作为电场的两极,它们之间充满电流变液,当有电场存在时电流变液粘度发生变化,从而阻碍活塞相对汽缸的运动,产生连续可调的阻力.阐述了力反馈装置的设计方法,建立了结构模型和动力学模型,提出了由该装置实现的力反馈数据手套及其控制方法,最后进行虚拟碰撞实验验证了所提出方法的有效性.     

基于波变量的力反馈遥操作研究

设计了一个基于波变量的带力反馈的主从式遥操作系统.引入波变量保证系统在操作过程中的稳定性.以虚拟环境中灵巧手的位姿代替实际力作用方向的位移,用于虚拟力计算;使用事先实验获得的实际材料接触力特性数据进行虚拟力外推.仿真实验结果表明,该方法能给操作者提供连续的力反馈,保证了较高的透明度和刷新率.     

小型回旋加速器虚拟样机技术

小型回旋加速器虚拟样机技术是把小型回旋加速器的理论计算、分析、信息技术与机械设计、加工、装配、调试、运行、维修等专家知识进行有机结合，在系统仿真和虚拟现实基础上发展起来的一种新概念技术。基于虚拟样机，可以实现创新设计，有效降低探索风险。文章探讨了回旋加速器虚拟样机系统框架，讨论了虚拟样机系统的体系结构和回旋加速器产品的全生命周期仿真，提出了基于全生命周期集成和多学科协同设计的回旋加速器虚拟样机的开发思路。     

基于力反馈-CPG模型的六足机器人控制器

六足机器人的多关节、高耦合、非线性的机械结构使其运动控制成为机器人研究领域一大难题。针对上述问题,本文在Matsuoka振荡器的基础上创新性提出带力反馈神经元的三神经元相互反馈的CPG模型作为六足机器人的运动控制器。在对六足机器人进行运动学建模、运动学分析等数学分析的基础上对三神经元CPG模型建模分析并得到振荡周期波形满足六足机器人节律运动的要求。对力反馈模型进行实物设计并建立对应反馈模型,根据反馈信息对六足机器人运动节律、关节信息等实时调节。最后通过仿真及实物实验证明该CPG模型能够满足维持六足机器人稳定运动的要求,在复杂未知环境中也能够保持机器人的稳定性与适应性,实现复杂环境下的自适应运动。     

基于气动人工肌肉力反馈数据手套的柔性物体力觉再现

为了模拟抓取虚拟环境中柔性物体的力觉感知,该文对以气动人工肌肉作为驱动器的外骨架力反馈数据手套进行了研究.利用气动人工肌肉的等压特性,建立了柔性物体模拟的数学模型,通过改变气动人工肌肉的充气压力改变其刚度系数,实现对不同柔性物体的模拟.实验结果表明:在相同的手指弯曲角度下,手指的受力随着气动人工肌肉充气压力的增大而增大,因而能够模拟抓取虚拟环境中柔性物体的力觉感知.     

基于法向力活动轮廓模型的医学图像分割

提出法向力活动轮廓模型并应用到医学图像分割中，实验结果表明该模型能扩大初始轮廓曲线收敛范围，正确分割侧脑室图像．而且，初始轮廓曲线愈接近目标真实边界，迭代次数愈少，分割速度愈快．     

基于法向力活动轮廓模型的医学图像分割

提出法向力活动轮廓模型并应用到医学图像分割中,实验结果表明该模型能扩大初始轮廓曲线收敛范围,正确分割侧脑室图像.而且,初始轮廓曲线愈接近目标真实边界,迭代次数愈少,分割速度愈快.     

压力触控下虚拟现实应用框架的探索与研究

针对虚拟现实技术传统项目中互动不足问题,提出应用目前移动终端最新的交互技术-压力触控技术和触觉反馈技术,提升虚拟现实应用项目在触觉交互方面的性能.通过对压力触控技术的研究,提出一种基于压力触控的虚拟现实应用开发的技术框架,实现了压力触控技术API交互接口统一封装和虚拟现实应用开发接口的统一管理.在此平台上开发了两个虚拟现实应用项目,证明了技术框架的可行性,以及压力触控技术对虚拟现实系统的交互性能的提升.     

Liu混沌系统的反馈控制与数值模拟

对Liu混沌系统的非线性动力学行为及平衡点的稳定性进行了分析.采用反馈控制方法,根据线性化理论及Hurwitz判据,选择控制参数以满足一定的特征值条件,从而把Liu混沌系统控制到指定的平衡态或周期轨道上.利用数值方法模拟控制结果,所得结果与理论分析一致.     

力反馈电液伺服阀线圈余度设计与切换分析

鉴于航空发动机控制系统的可靠性要求,航空发动机数控系统多采用了多余度、多通道的输入、输出结构。因此有必要对典型的执行机构进行多余度设计与分析。通过AMESim仿真软件对此类装置构成的多余度、多通道的控制执行装置的可能结构及所具有的功能与性能,尤其是控制通道的故障、切换性能进行建模与仿真研究。仿真结果表明设计的不带切换开关的电液伺服阀性能更加优越。     

弹体侧向喷流流动干扰数值模拟与分析

通过求解三维N-S可压缩方程,对弹-翼组合体的侧向喷流流场进行数值模拟.研究了不同喷口位置,不同喷流压力下的干扰流场.分析了流场结构,研究了流场干扰与气动力干扰的关系.结果表明,在超音速流场中,喷口位置的不同,会带来喷流放大因子的变化.喷口位置相对于翼偏转,即喷口与翼面的夹角增大,喷流放大因子相应增加,侧向喷流的控制效果更好.     

支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统

为提高支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统的精度和实时性,提出了一种基于物理意义的平行菱形链连接变形模型.该模型中由于各个链结构单元中菱形的长度等比例变化,计算量小,改变链结构单元中菱形的长度和夹角就可方便地对不同的柔性体进行建模.同时还讨论了系统的结构设计、柔性体形变计算、快速碰撞检测和实时力/触觉反馈操作等.基于6-DOF Delta手控器建立试验平台,并结合力/触觉反馈计算实现了虚拟肝脏手术的拉拽、按压等变形仿真.实验结果表明,该系统力/触觉感觉平稳、模拟效果逼真,能够满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求.建立简单逼真的物理变形模型和精确快速的碰撞检测算法,有助于提高虚拟肝脏手术仿真系统的性能.     

碳酸盐岩溶孔溶洞型储层双侧向测井响应数值模拟

碳酸盐岩溶孔溶洞型储层的测井识别、有效性评价和流体性质判别等非常困难,其主要原因之一是双侧向电阻率测井的响应特征复杂。为了深入研究碳酸盐岩溶孔溶洞型储层不同储集空间特征与双侧向电阻率测井响应之间的关系,根据双侧向电阻率测井恒流式工作原理,基于有限元数值模拟技术,建立了双侧向电阻率仪器模型和碳酸盐岩地层模型,并分别对不同尺寸的溶孔型储层、圆形溶洞型和椭圆溶洞型碳酸盐岩储层的双侧向电阻率进行了模拟。结果表明：(1)有限元方法可实现双侧向测井的连续测量模拟,使用全局常微分方程可满足监督电极间的电位平衡;(2)深侧向电极系系数为0.693 m、浅侧向电极系系数为1.222 m;(3)溶孔型储层、圆球状溶洞储层、椭圆球状溶洞储层段深浅双侧向电阻率在围岩电阻率的基础上大幅度下降,但电阻率值下降程度、电阻率形态、深浅双侧向差异特征等受储层类型、溶洞尺寸的影响而差异较大。