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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着计算机性价比的提高，计算机应用领域的深度和广度得到了极大的发展，其中，虚拟手术仿真成为当前国际上生物医学工程领域的前沿课题。通过建立各类虚拟器官，人们可以运用手术仿真和导航等技术实现复杂的医学解剖体数据的三维可视化，还可以对这些数据进行实时操作，从而建立可供术前规划使用的虚拟环境。在医学手术教学和仿真训练等方面，虚拟仿真技术有着不可代替和令人鼓舞的应用前景。在对病人实施复杂手术之前，医生可以先用虚拟现实系统进行练习，对实际手术作出相应的规划，从而可预见难以预料的复杂性。运用该技术可使医务工作者沉浸于虚拟的场景内，体验并学习如何应付各种临床手术的实际情况，可以通过视、听、触觉感知并学习各种手术实际操作。这样大大节约了培训医务人员的费用和时间，使非熟练人员实习手术的风险性大大降低，并利用专家学者的手术经验和实例对年轻医生特别是小医院、边远地区医院的医生进行培训，这对提高医学教育与训练的效率和质量以及改善我国医学手术水平发展不平衡的现状有着非常重大的意义。

国内外研究现状

目前，国际上对虚拟手术仿真及相关技术研究有：德国Karlsruhe应用计算机科学研究所针对最小损伤手术的内窥镜手术训练系统，能够仿真软组织的切割、抓、捏、灼烧等动作，该系统被成功应用于妇科手术等仿真。法国信息与自动化国家研究所针对肝脏的物理模型与计算机模型等进行了系统的研究。瑞士联邦工学院对医学图像及三维重构技术进行了研究。美国California大学Berkley分校对基于物理模型的整体形变仿真方法进行了研究。国内中科院自动化研究所、中科院软件所等对医学图像的三维重建及可视化技术开展了研究。清华大学开展了基于有限元方法的实时力反馈交互技术研究。浙江大学针对虚拟手术中的人体软组织碰撞检测方法、软组织切割仿真等关键技术进行了系统研究。

2. 研究的基本内容

论证交互地虚拟人体手术仿真系统设计方案，通过一种人体软组织变形仿真模型，分析人体虚拟器官受外界机械作用拉伸时其表面各个节点发生变形的情况，同时利用相关软件实现人体软组织模型的三维重建，并基于此物理模型模拟人体器官形变的一系列过程，最终形成演示视频，完成对以上软组织变形仿真的模拟。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

方案拟定：

基于上述的分析，选用三维图形软件maya建立对象的几何模型,采用一种人体软组织变形仿真模型分析人体虚拟器官受外力拉伸时其表面各个节点的受力情况，并选用视频软件制作受力形变过程的视频，完成对以上软组织变形仿真的模拟。

4. 参考文献

[1]叶秀芬，乔冰，郭书祥，等.虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究[j].计算机应用,2009,29(2):568-573

[2]乔冰. 基于质点—弹簧模型的人体软组织形变技术的研究[d].哈尔滨工程大学,2008.