虚拟手术中病变器官的生理特性的表现方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61300106
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0209.计算机图形学与虚拟现实
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

This issue aims to study the performance of the diseased organs'Physiological characteristics in the virtual surgery system. Besides, it contain the task of model construction based on the diseased organs' medical image., the expression of diseased human texture, the deformation of diseased organs during the virtual surgery, theInteraction with the diseased organs in virtual surgery. And at last apply the achievement to the Virtual arthroscopic knee surgery.This paper put up with an idea of the combination of large-scale geometric deformation and subtle folds deformation with a dimension of time to describe the deformation of diseased organs. Then give a method of model building,the diseased organ model with realism is constructedbased on the Illness texture with physiologicalinformation. It can reflect the geometry, textures and physiological conditions of lesion. However, we must take full account of physiological characteristics in the surgery, And interact with control in the training of virtual surgery. Be sure that the Surgical rehearsal is much more targeted. The goal is to design a virtual interactive system of arthroscopic knee surgery with force feedback due to the research. The system has the features of 3D visualization ,Interoperate,Tactile feedback and force feedback . The system can give a accurate geometric description for diseased organs , display with realism, interact with Multi-perception. The followings are expected results: numbers of property patents and software with independent intellectual which can be used to teaching , research and clinical training.
课题重点研究病变器官在虚拟手术中的生理特性的表现方法,包括基于医学图像的病变器官的建模、病症纹理的表达、病变器官在手术过程中的形变以及虚拟手术中与病变器官的交互等内容,并将研究结果应用于虚拟膝关节镜手术,进行实验。课题的创新点在于提出用大尺度几何形变和细微皱褶形变结合的方式,加入时间维度,描述病变器官的几何变形;提出一种以病症纹理为特征的具有生理信息的病变器官真实感模型的建模方法,能够反映病变部位的几何、纹理以及生理情况; 提出虚拟手术中的行为应充分考虑病变器官的生理特性,在虚拟手术训练中有控制地进行交互,使手术预演更有针对性。基于本课题的研究成果,设计了带有力反馈的虚拟膝关节镜手术交互系统,具有三维可视化、交互操作、触觉反馈和力反馈特征。研究成果能够对病变器官进行准确的几何描述、真实感显示,以及多感知的交互,预期成果包含多项具有自主知识产权的专利和软件,可广泛应用于教学、科研和手术训练。

结项摘要

基于虚拟现实技术的手术训练能够有效填补传统手术训练的不足,病变器官的表达是虚拟手术中的关键技术。本项目以膝关节镜手术为对象,研究了从病变器官高精度建模到手术训练中的交互方法,并设计了一种六自由度力反馈装置,该装置运用机器人技术,自动控制原理,能够满足手术器械操作的沉浸感。由此,形成了软硬件结合的虚拟膝关节镜手术训练的解决方法。.在虚拟手术中,对于发生了病变的器官或组织的模型,要求高精度,高真实。因此项目研究中的病变器官,是由CT、 MRI等医学图像作为数据源,经过图像预处理、边缘轮廓提取、三维重建等步骤,建立其物理模型及计算模型,并建立了病变器官模型库,为诊断、术前规划、虚拟手术训练等提供基础。.对病变器官采用了多模型表示法,即同一器官有多种不同细节的几何与物理模型表示。针对虚拟环境中视觉渲染、碰撞检测及形变计算等不同场景,为虚拟对象分别建立视觉模型、碰撞模型及行为模型,以满足不同仿真任务下的最佳模型表示的需要。.提出一种提取三角网格模型特征轮廓曲线的局部采样追踪算法,该算法适用于局部轮廓曲线的提取以及全局特征轮廓曲线的提取,能够在手术路径规划过程中,保证手术器械避开敏感组织,减少不必要的医源性损伤。.通过建立膝关节有限元模型,我们对病灶部位做了形态变化分析的研究,并提出了一种接触力的算法。该算法通过建立可变形的粒子系统模型,分析力学中的单面约束,并使用拉格朗日乘数法和高斯-赛德尔方法求解接触力。通过所设计的带力反馈的膝关节镜手术训练装置,能够感觉到手术训练中的力的信息,且在试用后,得到了合作单位医生的肯定。.项目成果包含多项自主知识产权,已完成预期目标,对于虚拟手术的发展有促进作用。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Increase Realism in Virtual Assembly Using Point Cloud Representation
使用点云表示提高虚拟装配的真实感
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    International Journal of Internet Manufacturing and Services
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Heen Chen;Hanwu He;Jianqing Mo;Jinfang Li
  • 通讯作者:
    Jinfang Li
计算机虚拟阻生牙拔除术演示缓解牙科畏惧症研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    口腔医学研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    葛光华;李晋芳;江小平;罗和平
  • 通讯作者:
    罗和平
膝关节模型中腔体的自动提取方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    广东工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂晓明;何汉武;莫建清;李晋芳
  • 通讯作者:
    李晋芳
拔除阻生智牙治疗大学生颞下颌关节紊乱病临床效果研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国实用口腔科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    葛光华;李晋芳;江小平;李曼文
  • 通讯作者:
    李曼文
五自由度虚拟手术力反馈系统的设计与实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    机电工程技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晋芳;莫建清;欧惠棠;李日福
  • 通讯作者:
    李日福

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其他文献

尿素通道蛋白B敲除小鼠脑组织水通道蛋白4表达改变与抑郁样行为的关系
  • DOI:
    10.16098/j.issn.0529-1356.2020.03.003
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    解剖学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁德智;侯良绢;田宽;胡玲;李晋芳;冉建华
  • 通讯作者:
    冉建华
全互联互通模式下工业AI入侵 检测方法分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    自动化博览
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  • 作者:
    万明;李晋芳;罗浩;李嘉玮;张世炎;赵剑明
  • 通讯作者:
    赵剑明
脑髓康通过调控氧化应激及单胺类神经递质改善VCI大鼠情景记忆能力
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中药新药与临床药理
  • 影响因子:
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  • 作者:
    蔡浩斌;潘华峰;郑浩涛;刘璇;林松俊;李晋芳;孔繁鑫;秦秀德;虢周科
  • 通讯作者:
    虢周科

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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