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脑神经外科手术训练系统软件设计与开发

脑神经外科手术训练系统软件设计与开发

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作者：叶峰浙江工业大学

学位级别：硕士

脑神经外科手术是治疗脑神经外科疾病最有效的手段,手术的成功主要依靠医生长年累月的经验和技术,而虚拟手术训练系统可以有效的缩短手术培训周期。目前国内外对于虚拟手术的研究均偏重于如腹腔、膝盖等有空腔的器官,较少涉及到脑部的... 详细信息

脑神经外科手术是治疗脑神经外科疾病最有效的手段,手术的成功主要依靠医生长年累月的经验和技术,而虚拟手术训练系统可以有效的缩短手术培训周期。目前国内外对于虚拟手术的研究均偏重于如腹腔、膝盖等有空腔的器官,较少涉及到脑部的虚拟手术,现有手术训练系统也存在建模不全、交互性不强、跟真实手术环境差距较大等缺点。针对以上问题,本论文基于课题组和卫生部神经内镜与微创医学培训基地联合开发的手术训练平台,设计了脑神经外科手术训练系统,本文的主要工作如下:1.设计了基于FPGA的数据通讯系统,用于收集手术训练平台的姿态信息并实时地显示在脑神经外科手术软件中。通过数据通讯系统并行地记录各传感器上的数据,转换成串口信号并上传手术训练平台的6个自由度信息,用于软件中虚拟手术刀模型实时跟踪、模拟实际手术刀的位置和姿态,达到手术训练平台与虚拟手术刀实时联动的效果。2.为提供高度逼真的手术训练环境,本论文对脑模型进行了可视化重构,包括脑白质、全脑血管。为了进一步提高肿瘤切割手术环境的逼真感,本论文对肿瘤进行了纹理可视化,并重建了肿瘤表面的毛细血管。3.本论文设计了脑神经外科手术训练软件,实现了脑模型可视化,为脑神经外科手术训练提供素材。软件可对患者脑白质、全脑血管、肿瘤及肿瘤纹理、毛细血管进行重建;同时,软件可以实时接收手术训练平台返回的手术操作信息,用于模拟手术训练。本系统得到了卫生部神经内镜与微创医学培训基地的认可与支持,该系统也在浙江省第一医院得到了试用。通过试用表明,该系统交互性强、脑部建模全、手术训练环境逼真,可以帮助医师进行脑神经外科手术训练和手术路径规划训练,有效的缩短医师培训周期,对于提高手术成功率有很大的帮助。

关键词：手术训练系统数据通讯系统脑模型可视化软件开发

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