1、分類號：UDC：密級：學校代號：學號：廣東工業(yè)大學碩士學位論文(工學碩士)118452111001080虛擬膝關節(jié)鏡手術中的視覺表現(xiàn)方法研究黃浩指導教師姓名、職稱：奎置羞副麴援學科(專業(yè))或領域名稱：扭撼電王工猩學生所屬學院：扭電工猩堂院論文答辯日期：三Q二三生盍旦四旦摘要摘要隨著微創(chuàng)手術在醫(yī)學領域應用的日益廣泛，傳統(tǒng)的開放式膝關節(jié)手術被微創(chuàng)手術所代替。關節(jié)鏡手術是微創(chuàng)手術的一種，最早應用于膝關節(jié)疾病治療。膝關節(jié)鏡手術使用膝關節(jié)鏡和微型

2、手術器械在狹小的膝關節(jié)腔中進行手術治療，手術操作難度高，醫(yī)生往往需要經過長期的培訓才能熟練掌握，傳統(tǒng)的培訓方式不能滿足巨大的培訓需求，所以，搭建虛擬膝關節(jié)鏡手術系統(tǒng)，提供一種方便可重復使用的培訓方式，是膝關節(jié)鏡手術發(fā)展的需要。膝關節(jié)鏡手術中，要求醫(yī)生具有較強的手眼協(xié)調能力，所以在膝關節(jié)鏡手術培訓中，醫(yī)生的視覺需求最為強烈。因此，本文選取虛擬膝關節(jié)鏡手術的視覺表現(xiàn)方法進行研究，包括虛擬環(huán)境中模型的三維重建、虛擬對象的多模型表示、碰撞檢測及

3、軟組織變形，主要從以下方面進行了分析和研究：(1)基于醫(yī)學圖像的膝關節(jié)模型三維重建。通過對CT醫(yī)學序列圖像進行預處理，采用表面繪制技術中輪廓線連接法基于CT序列圖像重建膝關節(jié)模型，并對重建模型進行表面頂點及三角形削減，保證模型高精度的同時減少模型數據量。(2)虛擬對象的多模型表示法。對虛擬環(huán)境中對象采用多模型表示法進行表示，為虛擬對象構建了視覺模型、碰撞模型及行為模型以滿足虛擬環(huán)境中視覺渲染、碰撞檢測及行為計算場景的需要，建立數據結構實

4、現(xiàn)多種模型之間數據的實時傳輸，不同模型之間能夠同步更新。(3)研究了適用于虛擬膝關節(jié)鏡手術的碰撞檢測算法。通過對膝關節(jié)鏡手術中涉及的物體碰撞進行分析，總結虛擬膝關節(jié)鏡手術碰撞檢測的要求，選用光線跟蹤碰撞算法，采用八叉樹包圍盒進行算法加速，實現(xiàn)虛擬膝關節(jié)鏡手術中的各類碰撞檢測。(4)建立了虛擬環(huán)境中膝關節(jié)軟組織的有限元四面體計算模型。通過分析膝關節(jié)組織材料特性，定義有限元單元材料特性，通過形變計算，實時更新模型表面頂點，實現(xiàn)軟組織變形仿真