颌面软组织图像、力触觉反馈模型构建及算法实现

基本信息
批准号:81571022
项目类别:面上项目
资助金额:57.00
负责人:于洪波
学科分类:
依托单位:上海交通大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:程奂翀,代杰文,尹旭悦,真昌洋,桂海军,吴锦阳,李洪亮
关键词:
建模图像反馈颌面畸形虚拟手术触觉反馈
结项摘要

Virtual surgery technology has been playing an more and more indispensable role in the treatment of craniofacial deformities. Using this technology, we can perform preoperative simulation and postoperative forecast, design the optimal customized surgical plan, and train surgeons. However, due to the complexity and diversity of maxillofacial soft tissue, establishing a real-time soft tissue model which has biomechanical properties is still a great challenge. In this study, based on the maxillofacial soft tissue biomechanical parameters, a physical mode with interfaces of different tissues is attempted to establish using modified mass-spring/damper model approach. Through collision detection, the relationship of soft tissues and surgical instruments is determined. Based on local grid technology, soft tissue deformation will be realized in model cutting. According to their biomechanical parameters, the algorithm of tactile feedback will be achieved. While improving the characteristics of real-time and smoothness, image deformation and tactile force feedback of soft tissues will be realized. The purpose of this project is to obtain a three-dimensional craniofacial image-realistic modeling and virtual operating systems with independent intellectual property rights. We believe this system can facilitate the diagnosis of craniofacial deformities, surgical planning, simulation and postoperative forecast, as well as benefit surgical teaching and training, and set up the foundation for its future industrialization.

手术虚拟技术在颅颌面畸形的诊断、治疗及操作培训中具有重要作用,利用该技术可以进行术前设计、术后预测,制定个体化的最佳治疗方案,进行外科医师的手术操作培训等。然而由于颌面部软组织的复杂性与多样性的特点,建立符合生物力学特性的、实时、逼真的软组织手术虚拟模型仍然是一大挑战。本研究拟基于颌面部软组织生物力学参数,构建具有不同组织交界面的颅颌面软组织物理模型,并在此基础上实现图像及力触觉反馈。提出利用改良质点-弹簧/阻尼器模型方法建模,通过碰撞检测,确定手术器械与软组织物理模型的关系,探索基于局部网格的切割建模技术,实现软组织的切割变形,并根据其生物力学参数,构建力触觉反馈算法。同时提升其实时性、顺畅性的特征,从而实现颌面部软组织手术虚拟图像及力触觉的反馈。以期获得具有自主知识产权的颅颌面手术虚拟与操作系统,来进行颅颌面畸形的手术设计模拟及操作培训,并为后期的产业化奠定基础。

项目摘要

手术虚拟技术在颅颌面畸形的诊断、治疗及操作培训中具有重要作用,利用该技术可以进行术前设计、术后预测,制定个体化的最佳治疗方案,进行外科医师的手术操作培训等。然而由于颌面部软组织的复杂性与多样性的特点,建立符合生物力学特性的、实时、逼真的软组织手术虚拟模型仍然是一大挑战。.本研究基于颌面部软组织生物力学参数,构建了具有不同组织交界面的颅颌面软组织物理模型,并在此基础上实现图像及力触觉反馈。提出利用改良质点-弹簧/阻尼器模型方法建模,通过碰撞检测,确定手术器械与软组织物理模型的关系,探索基于局部网格的切割建模技术,实现软组织的切割变形,并根据其生物力学参数,构建力触觉反馈算法。同时提升其实时性、顺畅性的特征,从而实现颌面部软组织手术虚拟图像及力触觉的反馈。开发了手术虚拟操作的软件及系统,在后续工作中继续改良,建立具有自主知识产权的颅颌面手术虚拟与操作系统,来进行颅颌面畸形的手术设计模拟及操作培训,并为后期的产业化奠定基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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