基于文景转换的手术场景生成技术研究

摘要

虚拟手术研究是在传统手术训练具有局限性并且现代计算机技术和虚拟现实技术快速发展的背景之下应运而生的。它是集诸多学科为一体的新型的交叉研究领域。该领域研究的目的是改变传统手术训练的约束，使用计算机技术来模拟、指导医学手术所涉及的各种过程，可以进行手术排练演习，手术教学，手术技能训练等等。现代虚拟手术技术利用虚拟现实技术和各种医学模拟数据进行三维医学手术环境的构造，在模拟手术中医生借助于近似逼真的三维环境信息来进行各种手术操作，通过一些反馈器械达到了与真实手术近似的模拟效果。
　　 场景建模是实现虚拟手术关键技术的第一步，模型的好坏直接影响着系统的性能和仿真效果。场景建模是虚拟手术实现过程中最重要、最为耗费时间和人力的工作之一。尽管现实生活中拥有大量的建模软件，但是大量的工作时间仍就花费在一些无需新意、重复性、常规的工作中，浪费建模者的时间和精力。对于医学工作者来说，三维场景的设计工作往往不是一个医生需要考虑的事情。如果能够根据一些资源或者知识，可以简化建模过程或者降低一些建模难度，智能的识别需求产生三维场景，这将大大加速虚拟手术场景建模生成速度，进而影响虚拟手术的研究与发展。
　　 文景转换技术的研究现在已经初具规模，虽然还不能完美的解决任意语言的转换，但是它已经具备了将限定性的语言作为输入，输出基本的三维场景的功能。手术手册是医生训练的指导书，它包含了大量的手术过程中的场景描述信息。利用手册中语言信息我们可以获得场景中的组织、手术器械以及手术操作行为。这些构成了手术模拟场景的基本要素。通过文景转换技术，存在着手术手册到三维场景建模的可能性。
　　 因此本文研究致力于将文景转换技术应用到手术场景建模中去，手术手册中包含的手术场景描述作为输入，通过自然语言处理技术和场景规划一系列的处理，得到三维场景描述文档，然后通过转换为Spring场景格式，载入Spring中渲染生成手术场景。
　　 虽然国内外对于虚拟手术建模领域与文景转换技术的研究一直处于独立阶段，目前还没有二者结合的相关研究，但是二者存在着可以结合的可能。因此在这里，我们针对文景转换技术在手术场景生成应用领域做了一次有益的尝试。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外相关研究综述

1．2．1 医学语言处理

1．2．2 文本场景转换

1．2．3 虚拟手术系统的发展框架

1．3 主要研究内容和创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 本文创新点

1．4 本文组织结构

第2章 系统总体架构

2．1 文景转换的系统结构

2．2 基于文景转换的手术场景系统概述

2．2．1 系统的设计思想

2．2．2 系统的总体架构

2．3 本章小结

第3章 自然语言理解

3．1 手术操作手册分析

3．2 模块设计架构

3．3 自然语言理解

3．3．1 文本预处理

3．3．2 词法分析

3．3．3 句法分析

3．3．4 语义分析

3．4 本章小结

第4章 手术场景规划

4．1 SPRING系统分析

4．1．1 Spring的手术建模

4．1．2 Spring中的三维模型

4．1．3 Spring的三维场景表示

4．2 模型库设计

4．2．1 3D模型库

4．2．2 空间关系

4．3 场景自动规划

4．4 本章小结

第5章 系统实现与展示

5．1 主要实现技术

5．1．1 Eclipse开发平台

5．1．2 Stanford Corenlp

5．2 系统的处理过程与结果展示

5．2．1 自然语言理解

5．2．2 场景规划输出

5．2．3 Spring场景文件转换

5．2．4 结果分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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