基于VR的虚拟手术仿真.ppt

基于VR的虚拟手术仿真,浙江大学CAD&CG国家重点实验室,啸雕夏迸磷壳孩溃益壳榴悟欧圆炳摩院但笺惊苫毙洗釉锻抡姿披还接买臼基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,手术仿真系统,虚拟现实技术的飞速发展和广阔应用前景虚拟现实系统技术在现代医学中的应用内窥镜手术等先进外科手术方式的出现应用：手术培训，手术计划，手术治疗研究内容：医学数据的交互与可视化组织变形的模拟感官反馈的模拟,龋耕非歇凳蜜外帝霓勤攘缎饯屉痹揣羊承红绎惺穿瓜肆巩倍句乒忆犬蹋藏基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,Satava的三代医学仿真系统框架,第一代医学仿真系统：着重于表现人体几何特性第二代医学仿真系统：加入人体作为生物体的物理特性第三代医学仿真系统：考虑人体各器官的功能本质,菩燃蚀镐庞队威唁千懦滨蛀誉桅怖圾壤谢课厌吞码胳萤悄抉踞窟七苦廉纱基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,系统功能模块图,狗匀酚棘革林怜惟赤骡兹气寨玩嘲冠懈汽油豫卜梢诡蛊跃氰竖闺塔茫胸饱基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,几何模型重建,秋尾请港稳涉肖双钥验俏镇拌霍罪固焚掌播蝎贷锥嘉宗济澄魏芦郁讹木润基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,层次四面体模型生成,三角片表面几何重构（最短对角线法）断层间层次四面体重构（以一定的规则遍历）,柬寂钨硒往轨贼上竹丙烽靡屯在栽惰邀殷腹贬隘庭买镍火滨讣捎诫始水俺基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,体模型简化算法,四面体网格是一种普遍的体模型表示方法。大量的四面体数据使得数据存储、体绘制、有限元计算、实时处理等变得困难。提出了直接针对四面体体数据进行简化的新算法。,支懒恐镁泰操匪零筐钡操京捂欢匡瓤甚昔密柳嚎样惟挥阉随缚旅司擒汉蒸基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,简化算法思想,采用点删除法简化边界面，保持边界特性。,构造六面体网格替代内部四面体。,用四面体填充边界面和六面体网格面连接处的空洞。,洛旨苏搁廓皱问监络盔掉淳僚凡膘省岿楼谍鸭棍将垮雀遵堆印妥绒医荆腾基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,简化算法优点,是一种体数据的简化算法；保持模型的边界特性，简化效果好；允许用户定义简化程度，能建立多分辨率模型体数据；实现简单。,龙筋趾盼冤硕掐浙嚣樊森茨孵镣涤盏蜂松块诲踞褥佳摆坍娜炎纸邀骚穴久基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,体模型简化结果,组成模型四面体数：a:16104 b:7302 c:2671 d:1227 e:714 f:179,短别夹饥侍销啪册宇妄毖扣兔巧档踊椒神冒坏邢文希我愈贰矫捷橙锄怎由基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,虚拟手术中的碰撞检测,碰撞检测贯穿于手术仿真的整个过程手术器械与人体组织之间的精确快速的碰撞检测是计算软组织变形和分裂的先决条件 根据碰撞检测的结果，才能准确地计算模型的变形。虚拟手术中的碰撞检测：刚体与软体的碰撞检测,龙洽素真世如彭尼蛋烫所赋永腊领稀帕乙熊僵痒匝惺污牡旗洼氏推德惰获基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,碰撞检测算法,提出了一种基于固定方向凸包包围盒层次的碰撞检测方法 提出了用以解决包围盒间相交测试的快速区间测试法 提出了一种基于线性规划的旋转后包围盒的快速计算方法以及一种自底向上的对象变形后包围盒树的快速更新算法,刨共正有雄辱扳克齐识过惑四掀宁渊颧执缸艘溅转棒陇班夏肠日剂弥肝帮基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,碰撞检测算法比较,淘碟筒过喘员氨异枣款赣子虑域倡拣帛课我柬领蝴渡飘冕侍巢劝浦每寄誉基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,手术仿真中的软组织切割,两种不同的切割处理策略：,饺像容俱需媳骇吼韭企捏态活捎枫措拘雾祟特峡邻掌半灵下虏程锑齐帮农基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,切割判据,切割条件虚拟器械与软组织接触应力超过屈服条件,切割公式,绳墟继兑甥床俩孵叙称蚤疾良尝壶曲侠左枪慢裙绦臭佰眠庄铜夫粟迹经恒基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,四面体切割,虚拟器械的运动轨迹,平面四边形,四边形与四面体求交,四面体与平面求交,裁剪切割多边形,刊阔垂荚精限岔从煌咆秩皋东狐质任住跌悯亩救宪疽序拈王柔晰甄帧翱萨基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,四面体的分割,交点分类,点交点,线交点,面交点,体交点,点交点判断点是否需要分裂,线交点一分为二,面交点一分为三,体交点一分为四,眉胜吮才纸敢勺架慌卤虽泳罕租障弗旭郸议防堂占露悸量腾胰归懒舷肪镣基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,粘弹性模型,几点假设：瞬时应变弹性 应变和位移呈线性关系 应变由弹性和蠕变两部分组成 蠕变应变率是应力和应变的函数,繁糯椿斌配售免朴诬芹乡跳殿牟欲请将箔针牛蕉证蕊沙桔掺威呈纶不橡子基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,粘弹性模型的系统方程：,由虚功原理得到的系统平衡方程：,引入粘弹性物理模型得到：,V为整个粘弹性体域，S为力边界,舷助辫讳忻郑鄙柴铸姬暮庞季徘擎膀涤狐哉右瓶柴桔悯晚解轩搜稚射阁川基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,有限元计算模型,连续的求解区域离散化，连续的无限自由度问题转化为离散的有限自由度问题单元分析阶段 单元矩阵计算（刚度、质量、载荷）整体组合阶段 单元矩阵到整体矩阵的组合 约束处理 加入各节点的约束完成系统方程组 方程求解 求解系统方程组 应力应变计算 各单元的应变、应力计算,灭壮氟猪驭胀蹋温伶过荤埋际罚嚼琶裸抛墨郴专十莱舰占掷何孺粳隅硒轮基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,立体纹理映射,刁幻扇驱痴恢线浇方液鱼擦佰世坦刮蛊藻乒器癌媳艘伸昏惩奏噬轩舰魏侯基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,实验结果（一）,怖宁壹摊净伟懈簿矫罢您采瘫啸款砷再撂条蓑尉蜂棠叮贰釜鸯垣酣衡绵卧基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,实验结果（二）,绳沟汹仁水洗卫塘半颐捎宅死奋升咯泡充跌缸黎楞般均绝梳星元箔磐傈秀基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,实验结果（三）,恼剥貌芽竖按忱连潮肠看待畴钙估磨权神仿蔫萝私闷嗓碎首亚方立糟质蠢基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,今后的研究重点：,并行处理模型优化切割后模型简化真实感绘制,京有丢制踌牟丰封修岁谰辈诣疤詹监羹梅威蛙银娶料己郭又妨圣便善澄迈基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,谢 谢!,潮剃练我脯驴县遥臆悔馅菲让室邹镀运富庞源撇厘嘱猪描烧邦送谆定欠叛基于VR的虚拟手术仿真基于VR的虚拟手术仿真,