虚拟微创手术训练系统的设计与研究

摘要

随着科学的不断发展，微创手术技术在医学领域的应用越来越广泛，因此对于虚拟微创手术训练机(MIST-VR)的需求愈加迫切，而虚拟现实技术的出现使对它的研制与开发已经成为一种必然。本课题着重对虚拟微创手术训练机进行设计与研究。主要内容包括该系统的机构设计、数据采集接口设计，以及基于OpenGL图形数据库对虚拟现实系统模型游走的数字驱动的研究。具体研究内容如下： 首先，通过分析微创手术的特点，设计了虚拟微创手术训练系统的操作机构，包括结构方案的分析与确定，传感器的选型，并运用AutoCAD和SolidWorks分别对操作结构进行结构设计和三维建模。为虚拟现实系统搭建了硬件平台。 其次，为实现向虚拟微创手术训练系统提供有效的数据，专门设计了一套数据采集系统。它包括数据采集的硬件设计和数据采集的接口设计。通过该系统实时采集手术器械的空间位置数据，从而确定了模型在虚拟空间中的游走轨迹和位置。采用Visual C++语言，并利用PCI-1711L提供的DLL(动态链接库)进行编程，开发出适合于微创手术训练系统控制部分的数据接口。 最后，在基于PC-VR的微创手术系统软件平台上，采用C++语言和OpenGL三维图形数据库，编写接口程序，从数据采集的接口直接调用数据来实现虚拟手术的操作过程。 该研究顺应了现代计算机科技与医学紧密相结合的发展趋势，其成果的应用将有助于微创手术更快更好的推广和医疗科技水平的提高。

目录

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声明

第一章 绪论

1.1 虚拟现实技术

1.1.1 虚拟现实

1.1.2 虚拟现实系统的特点及类型

1.1.3虚拟现实系统的组成

1.1.4 虚拟现实仿真的发展

1.2 虚拟微创手术训练机

1.2.1 微创外科手术

1.2.2 虚拟微创手术

1.2.3 虚拟微创手术训练机研究意义

1.2.4 虚拟微创手术训练机的国内外研究动态

1.3 主要研究内容

第二章 虚拟微创手术训练机的总体方案

2.1 微创手术的过程

2.2 微创手术系统手术器械

2.3 微创手术的主要技法

2.3.1 组织分离过程

2.3.2 结石的取出过程

2.4 虚拟微创手术训练机总体方案的制定

2.4.1 操作机构

2.4.2 数据采集

2.4.3 软件平台

2.5 本章小结

第三章 虚拟微创手术训练机操作机构设计与建模

3.1 SolidWorks特点

3.2 操作机构

3.2.1 虚拟微创手术训练系统操作机构

3.3 总体机构设计方案的确定

3.3.1 方案一

3.3.2 方案二

3.4 操作机构元器件

3.4.1 WDL系列直滑式导电塑料电位器

3.4.2 WDD35系列精密导电塑料电位器

3.5 SolidWorks三维建模

3.5.1 手术器械建模

3.5.2 整体建模

3.6 本章小结

第四章 数据采集系统设计

4.1 控制系统模块

4.1.1 数据输入模块

4.1.2 位置变化模块

4.2 数据采集硬件设计

4.2.1 总体结构设计

4.2.2 传感器

4.2.3 PCI-17 11L数据采集卡

4.2.4 PCLD-8710端子板

4.2.5 设备驱动

4.3 数据采集软件总体设计

4.3.1 数据采集卡采样频率的确定

4.3.2 数据采集接线图

4.3.3 数据采集接口的设计

4.3.4 数据采集模块

4.3.5基于DLL的数据采集程序开发

4.4 本章小结

第五章 基于OpenGL的虚拟微创手术训练系统软件研究

5.1 OpenGL简介

5.1.1 OpenGL的主要功能

5.1.2 OpenGL工作流程

5.1.3 VC++6.0下OpenGL编程步骤

5.2 虚拟系统实现环境与功能需求

5.2.1 软件环境

5.2.2 硬件环境

5.3 系统模块

5.3.1 人机交互界面模块

5.3.2 系统控制模块

5.3.3 几何变换模块

5.3.4 光照模块

5.3.5 纹理映射模块

5.4 虚拟微创手术模型游走训练

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致 谢