心血管手术规划模型雕塑研究

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心血管疾病是危害人类健康的严重疾病,死亡率居各类死亡原因之首,因此心血管疾病的预防、诊断和治疗已经成为当今世界关注的重点。现代医学技术的发展,使心血管疾病的治疗技术得以提高的同时也使其术前手术方案的选择变得越来越复杂,所以对心血管手术规划的需求也越发迫切。心血管手术规划即是在手术前获得患者病灶处的图像,并进行三维重建得到病灶处的三维模型,结合医生的解剖学和病理学知识,依照手术方式操作三维模型,最后对术后模型进行血流动力学分析,评估手术效果。手术术式中,特别是心血管手术中的很多术式都需要对虚拟模型进行“再塑”,进行血流动力学分析,优化手术效果。本课题组在前期的三维重建和后期的血流动力学分析方面都有多年的研究经验,因此,本文研究手术规划中对虚拟模型的雕塑方法。 本文对基于力反馈器的心血管手术规划的模型雕塑进行了。首先,通过对表面模型的解析和显示以及鼠标对模型的各种操作建立了视觉仿真环境。然后,研究了力反馈器对模型的基本操作,其中重点是基于BSP的碰撞检测,对模型的拉伸、扭曲等几何形变,以及基于Bezier曲线对血管模型进行弯曲形变的算法,实现了在物理空间中应用力反馈器对虚拟模型进行“抓取”、雕塑。在上述研究的基础上,进一步模拟了血管搭桥这一手术步骤。通过在虚拟空间中读入并显示心血管模型、建立搭桥血管并对其进行雕塑、与原始血管搭桥吻合,最后应用布尔运算,将搭桥血管与原始心血管模型进行整合并输出,为后续的血流动力学分析做好准备。本文是心血管手术规划模型雕塑的探索性工作,研究并实现了基于力反馈器对虚拟模型的基本几何形变雕塑,并开发了模型雕塑软件。本研究为今后模拟各种手术术式、建立包含力学特性的手术规划系统奠定了基础。
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