一、小儿髋关节整形手术的计算机模拟（论文文献综述）
孙硕[1]（2020）在《微创手术机器人操作的虚拟训练仿真及自主学习研究》文中提出与传统腹腔微创手术相比,腹腔微创手术机器人进行手术具有创伤更小,术后恢复更快,便于实施等优点。建立微创手术机器人虚拟操作训练仿真平台对提高医生操作水平、缩短学习曲线、试验新的医疗器械与控制策略具有重要意义。当前市面上存在的手术操作训练仿真系统提供了一个手术操作训练的环境,但都没有对机器人本体进行建模和仿真,本文基于开源的第一代达芬奇手术机器人d VRK（da Vinci Research Kit,d VRK）,在仿真软件VREP中对机器人进行建模仿真,对提高医生操作技能,研究机器人的控制策略具有重要意义。此外,深度学习和强化学习领域的突破,赋予了机器人更多的智能,使机器人自主操作学习成为可能,本文基于建立的仿真平台研究机器人自主学习,对提高机器人手术效率具有重要意义。首先,本文基于D-H参数建立了d VRK机器人运动学模型,建立了机器人仿真平台。在分析主手与从手构型的基础上,通过雅可比矩阵制定了“异构”式主从运动映射策略。为了增强操作的沉浸感,本文采用VR头盔作为机器人内窥镜持镜臂的控制端和图像输出端,操作者可以通过VR头盔控制持镜臂末端内窥镜的运动,并获取内窥镜的视野。在仿真平台结构的设计上,本文采用两个独立线程分别处理运动映射和图像传输,提高了操作的流畅性。基于上述建立的仿真平台,建立了用于强化学习训练的任务环境。针对在稀疏奖励函数下机器人在环境中学习效率低的问题,基于深度确定性策略梯度DDPG（Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG）并结合HER（Hindsight Experience Replay）的思想设计了HER算法,有效解决了机器人在环境中学习效率低的问题。针对在多步骤（multi-steps）任务环境中,机器人搜索空间大,搜索缓慢的问题,将模仿学习中的行为克隆（Behavior Cloning,BC）与强化学习结合,设计了BC+DDPG算法,提高了机器人在多步任务环境中完成任务的成功率。最后,针对上述建立的仿真平台进行了主从运动控制实验,理论轨迹和实际轨迹之间最大误差2.3mm。设计了两种任务测试环境并对无操作经验的测试人员进行实验,证明主从控制策略符合操作直觉,易于操作。针对机器人自主学习,设计了两种任务环境,并在两种任务环境分别对提出的算法进行了实验,验证了算法的有效性。
李翔[2]（2020）在《优化设计游离股前外侧穿支皮瓣治疗四肢复杂软组织缺损的临床观察》文中进行了进一步梳理目的:探讨经优化设计的游离股前外侧穿支皮瓣治疗四肢复杂皮肤软组织缺损的临床疗效。方法:选取2014年1月至2020年3月已行优化设计的股前外侧穿支皮瓣手术患者,共计43例,男42名,女1名。平均年龄44.93±16.54岁。车祸22例,重物压砸伤11例,机械绞伤6例,农机伤1例,轮辐伤2例,热压伤1例。下肢36例,上肢7例。股前外侧穿支皮瓣切取范围:9*6cm2-37*8cm2。将彻底清创后的创面按照湘潭市中心医院四肢皮肤软组织创面缺损标准进行分类,根据分类结果及创面重建需求（面积、深度、缺损的组织）对皮瓣进行优化设计,优化设计内容包括面积优化设计、立体优化设计、缺损组织切取优化设计及以及必要时的多种优化设计组合。结果:皮瓣全部成活36例,皮瓣部分存活4例,皮瓣坏死3例,皮瓣存活率为93.02%。术后供区一期闭合37例,术后供区一期植皮6例。术后受区并发症:血管危象6例,感染6例,皮下积血3例,皮缘部分坏死4例。术后供区:皮缘部分坏死1例,感染2例,供区并发症发生率为6.98%。皮瓣恢复情况评定:优秀31例,良好6例,一般3例,差3例,优良率86.05%。结论:优化设计游离股前外侧穿支皮瓣较好的重建四肢创面,是一种较完美治疗四肢复杂皮肤软组织缺损的方法。
洪智超[3]（2019）在《一种改进质点弹簧模型及碰撞检测算法研究》文中进行了进一步梳理虚拟手术仿真系统关键问题在于既要提高软组织模型形变的准确性,又要保证其实时性。软组织建模两种常用方法为有限元模型和质点弹簧模型,有限元虽然计算精度高,准确性好,但巨大的计算量导致其实时性不足,难以满足虚拟手术对于实时性要求。质点弹簧模型虽然计算简便,但计算精度不高,准确性不足,且形变后形状恢复能力较差。为了解决质点弹簧模型存在的这些缺陷,提出了一种改进的质点弹簧模型,利用四面体建模,并创新性地加入向量弹簧。向量弹簧的回复力以及四面体弹簧的体积力都能够提高模型形状恢复性能,提高仿真精度。新型的质点弹簧模型被用来对血管、心脏以及肝脏等软组织建模,实验结果表明,该模型在大幅提高虚拟软组织形状恢复能力的同时,也保持了较好的实时性。现有质点弹簧模型弹簧参数通常凭经验对弹簧的刚度系数,阻尼系数等参数赋值,难免会存在误差,导致模型精确性不足。为了获得尽可能准确的模型参数以提高质点弹簧模型的仿真精度,本文利用粒子群算法对提出的质点弹簧模型弹簧劲度系数以及阻尼系数进行了估计。在虚拟手术过程中,手术器械与软组织的触碰与交互需要通过碰撞检测算法实现。考虑到虚拟手术对于实时性的需求,一般采用离散碰撞检测以实现快速的交互检测。但是离散碰撞检测算法检测时间点是离散的,会导致漏检测的情况发生。连续碰撞检测虽然可以避免漏检测问题,但计算代价过大,实时性仍有待改善。基于此,提出了一种改进连续碰撞检测算法,该算法从模型简化,运动状态分类相交检测和基于二分回退的初始碰撞时间检测三个方面对传统连续碰撞检测算法进行改进。
邵岩[4]（2018）在《基于虚拟现实技术的力反馈手术平台的研究》文中提出随着计算机技术的发展与应用,现代人的生活正越来越多的收到信息化的影响,与虚拟现实技术相结合的虚拟手术应运而生。虚拟手术不但能在很大程度上解决新医生的手术培训问题,还能够对手术进行术前规划、术中指导以及术后重现等传统手术完全不可能实现的一系列操作。本文以肝脏为手术对象建立虚拟手术平台。首先,虚拟手术几何建模方面,手术器械采用Solidworks建模。形状结构不规则的肝脏组织使用医学建模软件Mimics,根据肝脏CT图像,针对不同组织具有不同HU值这一特点进行三维重建。其次,虚拟手术物理建模方面,对于虚拟手术器械,在手术器械前端面上使用规则排列的骨骼球进行物理建模;对于肝脏组织,使用TetGen算法对肝脏STL文件进行四面体分割,分割后的网格顶点上布置骨骼球,在相邻顶点之间布置并联的弹性弹簧和阻尼器,建立质点弹簧模型,构成肝脏的物理模型。再次,软件方面,使用开源C++库CHAI3D编写肝脏组织变形程序和力反馈程序,利用触觉反馈装置与虚拟环境中的手术器械实现联动。编写碰撞检测算法,使用AABB包围体对手术器械和肝脏组织模型进行精确、快速的定位于检测。硬件方面,使用3D眼镜和144Hz显示器,将虚拟手术场景实现立体显示并能在是三维空间中旋转和移动。最后通过实验,合适地选择质点弹簧模型中顶点数量来维持仿真中视觉刷新频率和触觉刷新频率稳定,完成虚拟手术中触碰等常规操作并使肝脏模型得到快速的形变响应以及快速反馈出正确的反馈力,证明了虚拟肝脏手术平台的实时性和真实性。
丁佳俊[5]（2018）在《虚拟手术仿真中软体组织触碰形变和碰撞检测研究》文中进行了进一步梳理虚拟手术是虚拟现实技术在现代医学和教育的重要应用,拥有可重复、无风险和低成本等优点,是未来外科培训与个性化精准治疗的发展趋势。然而,如何实现真实视觉感受和实时的触觉反馈仍是虚拟手术研究中亟待解决的问题。为了实现虚拟手术中真实快速的视觉和触觉交互,本文从软体组织形变建模、碰撞检测和形变反馈三个方面进行了研究。首先,为了实现逼真的视觉效果,需要建立准确且真实的软体组织形变模型。提出了一种基于向量弹簧的质点弹簧模型,向量弹簧根据该模型相邻两个质点的初始向量与实时向量之间夹角计算弹簧力,实现了弹簧抵抗弯曲的能力,改善了传统质点弹簧面模型形状恢复能力。形状恢复能力测试实验结果表明,相较与传统质点弹簧模型,基于向量弹簧的质点弹簧模型具有更好的形变恢复效果。其次,碰撞检测是形变和反馈力的计算基础。碰撞检测的实时性、稳定性和精确性会对形变模拟以及整个虚拟手术系统的视觉和触觉交互的准确性产生极大的影响。为了确保手术器械与软组织模型之间快速准确的碰撞检测,提出了两种适用于软组织形变交互的新型的碰撞检测算法,一种是离散体结构碰撞检测算法,可以通过体结构来延长碰撞检测的有效范围,适用于高精度、低速的手术场景;另一种是混合体结构碰撞检测算法,通过引入连续碰撞检测中的插值技术来改善离散体结构碰撞检测算法的缺点,该算法适用于高精度且高速的手术场景。碰撞检测实验结果表明:离散体结构碰撞检测算法能够有效的改进碰撞检测精度;混合体结构碰撞检测算法不但拥有传统连续碰撞检测相近的准确性,而且算法所需的时间远小于传统连续碰撞检测算法。最后,针对手术器械与软体组织触碰交互,提出了一种基于位置约束的形变反馈算法,该算法使得模型上受到碰撞的面片跟随手术器械一起运动,模拟真实的触碰效果。触碰反馈实验结果表明,形变反馈算法在满足虚拟手术系统实时性的前提下,能够真实、准确的模拟手术触碰操作。
杜程[6]（2018）在《超声引导肿瘤微波消融虚拟手术系统研究》文中指出上世纪90年代以来,介入式热消融技术逐渐在临床肿瘤治疗中得到广泛应用,出现了在超声图像引导下的肿瘤微波消融手术系统及其机器人辅助治疗系统。但是这些系统在临床治疗中,依然存在着无法在三维环境中进行手术规划、超声引导图像显示在医生手术视野范围之外等局限性,限制了手术质量的提高。而基于发展迅速的头戴式虚拟显示设备开发出的虚拟手术系统成为解决以上问题的新途径。本文以微软HoloLens头戴式混合现实显示设备为基础,使用Untiy3D软件平台开发出了超声引导肿瘤微波消融虚拟手术系统,并在手术病灶三维建模、超声图像传输、手术路径规划等方面进行了研究工作。在病灶三维建模方面,选择使用成熟的医学建模软件Mimics,详细研究了基于阈值分割的CT图像三维重建方法,对CT图像进行灰度调整与组织分割等操作,重建了适用于微波消融治疗的真实肝脏、肾脏、胰腺等肿瘤病灶的三维模型。在超声图像传输方面,采用Socket编程与UDP通讯协议进行图像数据传输的方法,在HoloLens中实现了超声引导图像与手术视野的融合,改善了医生在使用术中超声引导时手眼协调的状况。在手术路径规划方面,实现了在佩戴HoloLens设备的情况下,通过凝视与手势交互的方式对真实肿瘤病灶的三维重建模型进行微波消融手术方案的规划,确定穿刺路径与进针位置,建立了混合现实虚拟手术规划系统。
周朝政[7]（2017）在《颅颌面整形外科手术机器人关键技术研究》文中研究指明颅颌面整形手术通过牵引成骨、截骨及重新定位骨移植等方法将颅颌面骨头分区移动来达到矫正颅颌面畸形的目的。手术的难点主要表现在:复杂的解剖区域结构,周围密布重要的血管和神经等组织结构,狭窄或几乎盲视的手术视野以及外科医生的生理颤抖和长时间手术操作的疲劳。颅颌面手术对手术精度要求非常高,传统手术由于技术缺陷很难满足其手术精度要求,使其相对于其他外科手术风险更大,技术门槛也相对高。为此,本文研发了适用于颅颌面整形外科手术的机器人样机系统,研究工作有:1.颅颌面整形手术的解剖结构复杂,术野不易暴露,易损伤神经与血管,普通的光学导航系统虽然精度高,但需要将标志物植入到病人身上,这种方式具有侵入性。为此,本文设计了一种非侵入性的方式,即采用牙齿咬合板标记物的方式搭建了适用于颅颌面整形手术的增强现实（Augmented Reality）导航系统,重点提出了一种三维空间内虚拟图像信息与实际图像匹配算法（Lip Iterative Closest Point算法模型）,通过与其他ICP算法相比较并结合仿真实验分析,验证该模型的高匹配精度。2.针对整形手术的结果依赖于医生的临床手术经验及技能,手术中医生因手颤而引起误操作,术中损伤重要的血管神经等问题,本文以下颌骨整形手术为切入点,旨在研发具有力反馈的颅颌面整形手术机器人。为此,自主设计了第一代颅颌面整形手术机器人（CPSR-I）样机,并结合导航系统对狗的下颌骨进行钻孔及截骨实验。实验表明:CPSR-I系统设计合理,满足临床下颌骨整形对手术精度的要求。3.为了实现复杂的整形手术中的精确手术操作,在综合分析CPSR-I机器人结构设计的基础之上,研发了第二代颅颌面整形手术机器人（CPSR-II）,详述其总体设计方案,并探讨机器人的机构设计,详细讨论CPSR-II各个关节与末端执行器的设计方案。模型实验表明:机器人系统实现了五自由度操作,其运动平稳、定位精确,术中能够实时监测力反馈信息,增强了手术的安全性。4.为了实现精确的机器人运动控制,保证整形手术的精确性与安全性,首先建立了CPSR-II连杆坐标系,确定其DH参数;详细分析了CPSR-II正逆运动学方程,并验证正、逆解的正确性;分析CPSR-II的操作空间并利用三次插值法仿真进行机器人的运动轨迹规划分析;基于拉格朗日方程对五自由度的颅颌面整形手术机器人进行动力学分析建模,并通过MATLAB仿真软件对该模型进行分析,验证其准确性。5.为了满足颅颌面整形手术自动精确地钻孔及截骨操作,设计了机器人控制系统的总体方案,即能根据术前规划的轨迹及路线完成预设的钻孔及截骨操作,力反馈的控制策略可以实时监测术中医生所感觉到的力反馈信息,还可以避免过度钻孔或损伤重要的血管组织;此外,为了实现控制系统平稳、响应迅速等需求,设计了一种基于力反馈的控制算法,医生可实时监督钻孔的力反馈信息,确保了手术的高精度与安全控制。6.为了综合分析机器人各方面的性能,本文对颅颌面整形手术机器人进行实验分析,包括误差分析、参数标定、重复定位精度分析以及绝对定位精度分析,为进一步完善整个机器人系统作铺垫。
杨婷[8]（2016）在《双边遥操作微创手术系统中FPAA混合控制系统的研究》文中研究表明双边遥操作控制系统的设计需要满足系统稳定性和系统透明性的要求,以实现信息反馈的真实性和实时性。作为双边遥操作系统在生物医学工程方面的应用之一,遥操作微创手术系统及其训练系统的应用日益广泛。该类医用遥操作系统工作的前提是稳定的系统环境,而当手术器械间或手术器械与骨骼等组织进行硬物碰触时,若系统的透明性无法达到理想值,就会降低信息反馈的强度,影响手术效果。因此,研究同时满足高稳定性和高透明性的双边遥操作控制系统是十分必要的。目前,对影响控制系统性能因素的研究,主要针对通讯网络的延迟、终端无源性等,而很少涉及控制器离散化带来的影响。本文从分析模拟控制在遥操作系统中的透明性入手,采用可编程模拟门阵列（Field Programmable Analog Array,FPAA）,降低控制器离散化对双边遥操作系统的影响,推导混合控制方法下系统的稳定性条件,分析系统的透明性。论文的主要研究工作如下:研究了模拟控制在双边遥操作系统中的透明性,在测定了双边遥操作系统的稳定性范围后,通过分析系统的混合传输矩阵参数取值,从数值和实验两方面,将两种控制器的透明性进行了对比。结果表明,在系统稳定的前提下,模拟控制的双边遥操作系统的混合传递矩阵,相较于数字控制下的同一系统,各项参数值都更接近于理想值,具有更好的力跟踪和位姿跟踪效果。搭建了基于FPAA的双边遥操作模拟控制系统。在对透明性的分析实验中,当操作者操作主机器人,从属机器人无负载且不接触任何操作对象时,基于FPAA的遥操作系统的位姿跟踪误差值要小于数字控制下的同一系统;在需要高阻抗反馈的遥控开关实验中,基于FPAA的控制系统,将操作者的任务成功率由20%40%提高至了90%以上。两个实验结果表明,基于FPAA的双边遥操作系统不仅具有良好的位姿跟踪效果,而且有效地提高了操作者的阻抗感知效果,降低了控制器离散化对系统透明性的制约,证明了FPAA在双边遥操作控制系统中应用的可行性及在透明性上的优势。考虑到模拟控制电路的限制条件,如运放饱和,不利于实现复杂计算等,为了扩大双边遥操作系统的使用范围,搭建了基于FPAA模拟/数字混合控制的双边遥操作系统。分析、推导出了混合系统的稳定性条件,考虑了系统是否存在延迟,终端是否有源四种的情况,为实际应用中确定稳定性提供了理论依据。在稳定区域内,采用混合控制器时,采样周期为1ms时的数字比例增益的最大值由30 N?m rad提高至40 N?m rad;另一方面,与单一控制系统（纯FPAA/纯数字控制）相比较,当操作者使用所设计的控制器时,不仅使得遥控开关任务中的主、从位移误差由0.09/0.21厘米减小至0.05厘米,且在力反馈透明性分析实验中,物体硬度辨识的成功率由40%提高至90%以上,验证了稳定条件下混合控制方法可以提供较高的透明性。作为实体双边遥操作系统的补充,对作为遥操作辅助和训练系统的双边虚拟触觉手术仿真系统的控制稳定性和透明性进行了研究。本文将基于FPAA和数字混合控制的控制器嵌入实验室自主研发的微创腹腔手术仿真系统,对其稳定性进行了推导,考虑了系统是否存在延迟,终端是否有源等4种情况。通过仿真,得到了虚拟触觉手术仿真系统在无延迟和有延迟两种情况下,数字控制增益的测定值,有利于确保训练系统的稳定性。相较于实验值,稳定性条件的理论值范围要更加保守。基于FPAA模拟和数字混合控制的方法,不仅可以应用于实体双边遥操作系统,并且可以为双边虚拟触觉手术仿真系统提供较高的控制增益,本文提出的稳定性条件填补了遥操作系统混合控制下稳定性不等式的空白,为系统是否有源,是否存在延迟等多种情况下的系统设计提供了理论依据。研究FPAA模拟和数字混合控制方法在遥操作领域的应用,为提高遥操作系统控制增益和系统透明性,增加远程医疗手术系统信息反馈的真实性提供了新的思路。
邹艳妮[9]（2016）在《脑外科虚拟手术中软组织形变及撕裂模型研究》文中研究指明随着计算机技术在近年来的迅猛发展,在20世纪末出现了一项新的信息技术-虚拟现实技术（Virtual Reality,VR）,虚拟现实技术被广泛应用到了工业、医学、娱乐和教育等多个领域。虚拟手术系统是虚拟现实技术的重要应用之一,它可以帮助医生制定手术方案、术中导航、还可以用来对实习医生进行培训从而减少手术失败率。目前国内外较成熟的虚拟手术系统仿真了多种多样的手术类型,而脑外科虚拟手术的仿真系统却非常少,由于脑外科手术是一种最复杂,最精细的手术之一,因此对脑外科医生进行术前培训是非常必要的。针对这个需求,本文开发了一套脑外科虚拟手术仿真系统,在这个系统的开发过程中解决的最重要的问题就是如何让使用者对虚拟场景和虚拟病人有逼真的视觉和实时的触觉感知和交互。为实现这个目标,本文对以下几个方面进行了研究。首先,由于脑外科手术中涉及到了丰富的组织器官,对所有的器官进行形变交互仿真会非常消耗系统的运行时间。为了能提高脑外科虚拟手术系统的计算效率,研究了一种基于Splat图元的几何形变算法。通过采用Splat图元代替形状匹配形变算法中的点图元,并通过调节算法中的参数从而动态控制采样密度,自动调节Splat图元半径的大小,实现用最少的Splat图元无缝覆盖物体表面,使用形状匹配算法完成形变计算。此算法具有很好的稳定性和高效性。其次,在脑外科手术中,医生会根据每个器官组织的形变状态,来判断下一步将采用什么操作,因此,仅仅只是考虑系统的运行速度是不够的,软组织形变的准确性和逼真性在脑外科手术中是非常关键。为了提高脑外科虚拟手术中渲染的逼真性并能反映真实软组织的形变效果,充分考虑活体软组织的力学特性,把粘弹性集成到人体软组织基于无网格的物理力学模型中。通过对真实软组织进行生物力学试验,确定软组织物理力学模型参数,从而得到精确的形变计算结果。再次,脑外科手术中,医生需要及时的看到软组织的准确的变化状态,否则可能发生误操作。为了在计算实时性的前提下提高渲染的逼真性,建立了基于物理和几何混合方法的软组织形变模型,在未发生形变区域,选用稀疏的点计算形变,而在发生形变的区域采用一种高分辨的计算形变方法,并采用一种新的基于八叉树层次包围球的数据结构来管理数据进一步提高了计算效率。然后,脑外科手术中会用抽吸器进行抽吸脑瘤的动作。为了仿真出因为抽吸而产生的软组织撕裂现象,采用了无网格物理模型对软组织建模,进行形变和撕裂计算;为了使断裂面更加逼真,通过高度场技术对软组织断裂面进行渲染,并对其进行噪声干扰。为了保证系统交互的实时性,采用一种新的基于层次包围球八叉树策略对模型数据进行快速更新。最后,脑外科手术中由于交互发生后对会产生多种新的物体的面,这样在虚拟手术仿真中就增加了碰撞检测的难度。为了使算法能在保证精度的同时满足实时性要求,提出一种新的碰撞检测算法。该算法将层次包围盒树与随机碰撞检测算法相结合,通过层次包围盒进行粗略检测以排除明显不相交空间,再基于随机碰撞检测算法思想把碰撞检测问题转换为物体模型点与点之间距离的非线性规划问题,同时采用自适应柯西变异粒子群优化算法进行寻优。在群体迭代更新时,既保留部分粒子的经验值又对其他粒子进行变异,避免了粒子陷入局部最优并进一步加速了碰撞检测的速度。与传统算法相比,该算法执行速度快、寻优效率高、能够满足脑外科虚拟环境应用的实时性和准确性要求。
周海[10]（2014）在《国人髋关节解剖与行为学特性研究及在人工关节设计中的应用》文中指出随着经济不断发展，人民生活水平不断提高以及医疗条件不断改善，人们提高自身生命质量的要求更加强烈，人工关节手术的应用也得以在国内得到了普及，为广大中国关节疾病患者提供了有效的治疗手段。中国有大量的人口，随着关节置换手术的急剧增加，如何提高假体植入的效果，降低失效率成为当前相关领域生物医学研究者的重要研究工作。当前，人工关节产品主要由美欧公司按西方人种设计，因东西方人种和文化的差异，临床实践证明在关节解剖形态、行为运动、关节力学方面均与国内患者不尽匹配，提高国人的人工关节手术水平并开发适合国人的关节假体产品十分迫切。本文依托国家自然科学基金重大国际合作研究项目“亚洲人种髋、膝关节特性研究与人工髋、膝关节基本设计”（项目编号：30810103908），进行了人体髋关节的一系列基础研究，使其成为亚洲人工关节产品进一步开发的基本依据。对常见人工关节的失效形式进行了统计与研究分析，对中国民众的人体下肢典型行为运动进行了运动学测量统计与分析，并开发了基于网络可共享的人体运动学数据库软件；提出一种新的髋关节运动分析方法，并相应开发一款新型实用的人体髋关节运动分析软件；对中国人种的天然髋关节进行解剖参数测量及统计分析；基于上述得到的运动学测量结果和髋关节的解剖数据，应用软件分析国人和欧美人种的髋关节理论活动能力；同样，基于以上方法分析人工髋关节置换术后，在日常行为运动中的脱位风险；结合临床需要，研究不同植入条件下的人工髋关节活动能力。具体内容包括：1)统计分析人工髋关节置换术常见失效的数据，针对最为常见的四种失效（松动、脱位、磨损、断柄）进行了深入研究，分别提出具体的临床诊断推理路线。2)使用运动捕捉系统，以中国人群为样本，进行典型行为运动测量，得出统计学测量结果，为人工髋关节临床治疗及假体设计提供运动学依据。对50位自愿者的7种典型下肢行为运动（走、跑、蹲、跪、上、下楼梯、盘腿坐）进行运动学测量，得到了这些典型行为运动中，下肢髋、膝和踝三个主要关节的关节角，为了解人体运动、人工关节手术的提高以及关节假体设计的不断完善提供科学有效的依据。为了保存与共享这些数据，开发了人体运动学数据库软件，该软件基于网络，能够实现数据的共享，并对该软件进行了软件着作权登记（证书号：软着登字第0572145号）3)制订了天然髋关节解剖参数的数字测量方法，以CT影像数据为依据，通过计算机三维建模，做中国样本人群的髋关节解剖学测量，在统计学分析的基础上，得出与欧美人种具有统计学差异的部位和参数，这些数据能够为人工关节设计及关节临床治疗提供解剖学依据。4)提出一种新型髋关节运动分析方法（单位圆球面分析法），并相应开发了一款髋关节运动分析软件，该软件界面良好，具有很强的可视化功能，易于操作，能够对人工髋关节手术及假体设计提供帮助，并可以对全髋关节置换术后的活动能力进行预测，有较好的临床应用前景。5)利用上述运动测量结果，并应用上述开发的髋关节运动分析软件，分析人工髋关节在6种典型行为运动中的脱位风险，并研究分析在不同手术植入参数下的活动，为提高关节假体植入手术水平和关节假体设计的不断完善提供科学有效的依据。总之，本文为了使国人人工关节置换手术的效果得到提高，分析了人工关节的主要失效形式，进行了国人下肢的运动学和髋关节解剖学方面的研究，这些基础研究成果为国人人工关节手术和设计提供了理论基础和有益的信息，也可以为相关领域提供技术资料和经验。提出了新型的髋关节运动分析方法并设计开发了相应的软件，并应用该软件进行了髋关节在常见行为运动中和不同手术植入条件下的脱位风险分析与评测。
二、小儿髋关节整形手术的计算机模拟（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、小儿髋关节整形手术的计算机模拟（论文提纲范文）
（1）微创手术机器人操作的虚拟训练仿真及自主学习研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究背景和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 外科手术机器人发展现状 |
| 1.2.2 手术仿真系统发展现状 |
| 1.2.3 强化学习与机器人自主手术研究现状 |
| 1.3 国内外文献综述简析 |
| 1.4 本课题主要研究内容 |
| 第2章 微创手术机器人操作虚拟训练仿真平台搭建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 dVRK机器人运动学分析 |
| 2.2.1 dVRK机器人介绍 |
| 2.2.2 机器人正运动学分析 |
| 2.2.3 机器人运动学逆解 |
| 2.3 dVRK机器人主从运动映射 |
| 2.3.1 PSM机械臂主从映射方法 |
| 2.3.2 ECM机械臂主从映射方法 |
| 2.4 仿真平台的设计与实现 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于虚拟仿真平台的医疗机器人自主学习方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 DDPG方法原理及环境搭建 |
| 3.2.1 强化学习理论基础 |
| 3.2.2 DDPG算法原理 |
| 3.2.3 基于仿真平台的手术机器人强化学习环境搭建 |
| 3.3 基于HER的经验池数据优化 |
| 3.4 基于行为克隆的DDPG多任务算法优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 实验验证及结果分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微创手术机器人操作虚拟训练仿真实验及结果 |
| 4.2.1 测试场景设计 |
| 4.2.2 辅助功能模块的设计 |
| 4.2.3 主从运动映射方法评价 |
| 4.3 微创手术机器人操作自主学习实验及结果 |
| 4.3.1 Reach环境实验验证 |
| 4.3.2 Pick环境实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（2）优化设计游离股前外侧穿支皮瓣治疗四肢复杂软组织缺损的临床观察（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要缩写语英文索引 |
| 第1章 前言 |
| 第2章 材料与方法 |
| 2.1 一般资料 |
| 2.2 手术方法 |
| 2.3 疗效评估 |
| 2.4 统计学方法 |
| 第3章 结果 |
| 3.1 回顾性分析 |
| 3.2 典型病例 |
| 第4章 讨论 |
| 4.1 治疗复杂软组织缺损的选择 |
| 4.2 传统皮瓣与股前外侧穿支皮瓣对比 |
| 4.3 股前外侧穿支皮瓣的血管解剖特点 |
| 4.4 股前外侧穿支皮瓣的影像学检查 |
| 4.5 股前外侧穿支皮瓣的设计思路 |
| 4.6 股前外侧穿支皮瓣的显微削薄 |
| 4.7 股前外侧穿支皮瓣的分叶皮瓣 |
| 4.8 股前外侧穿支皮瓣的嵌合皮瓣 |
| 4.9 股前外侧穿支皮瓣坏死的危险因素 |
| 4.10 股前外侧穿支皮瓣在小儿患者中的应用 |
| 4.11 股前外侧穿支皮瓣在老年患者中的应用 |
| 4.12 股前外侧穿支皮瓣的加速康复应用 |
| 4.13 股前外侧穿支皮瓣的医护患合作 |
| 4.14 不足 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 综述 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 作者攻读硕士学位期间的科研成果 |
| 致谢 |
（3）一种改进质点弹簧模型及碰撞检测算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 虚拟手术研究现状 |
| 1.3 软组织形变研究现状 |
| 1.3.1 有限元模型 |
| 1.3.2 质点弹簧模型 |
| 1.4 碰撞检测研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容与结构 |
| 1.5.1 本文主要研究内容 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 1.5.3 本文的结构 |
| 第2章 新型质点弹簧模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 传统质点弹簧模型 |
| 2.2.1 质点弹簧模型描述 |
| 2.2.2 质点弹簧力学分析 |
| 2.2.3 时间积分方式 |
| 2.2.4 质点弹簧模型的缺陷 |
| 2.3 向量弹簧 |
| 2.4 四面体质点弹簧模型 |
| 2.5 实验结果 |
| 2.5.1 实验环境 |
| 2.5.2 血管模型试验 |
| 2.5.3 心脏模型试验 |
| 第3章 新型质点弹簧模型参数估计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 粒子群优化算法 |
| 3.3 参数估计 |
| 3.3.1 有限元分析 |
| 3.3.2 目标函数的确定 |
| 3.4 结果验证 |
| 第4章 碰撞检测与形变反馈计算 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 虚拟手术中的碰撞检测算法的不足 |
| 4.3 改进碰撞检测算法 |
| 4.3.1 碰撞检测算法简化 |
| 4.3.2 算法原理与运行流程 |
| 4.3.3 运动路径规划 |
| 4.3.4 基于运动状态分类的模型相交检测 |
| 4.3.5 基于二分回退的初始碰撞时间检测 |
| 4.4 实验结果分析 |
| 4.4.1 实验条件 |
| 4.4.2 碰撞检测实时性测试 |
| 4.4.3 碰撞检测准确性测试 |
| 第5章 虚拟手术仿真系统 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统运行流程 |
| 5.3 初始化模块 |
| 5.4 交互反馈模块 |
| 5.5 硬件模块 |
| 5.6 软件平台 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（4）基于虚拟现实技术的力反馈手术平台的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 虚拟手术系统简介及其意义 |
| 1.1.1 虚拟现实技术 |
| 1.1.2 虚拟手术系统 |
| 1.1.3 虚拟手术系统的意义 |
| 1.2 虚拟手术系统的研究背景及发展概述 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 第2章 虚拟手术系统中的几何建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 肝脏组织几何建模 |
| 2.2.1 Mimics介绍 |
| 2.2.2 Dicom文件 |
| 2.2.3 使用Mimics三维重建 |
| 2.2.4 STL文件 |
| 2.2.5 覆盖表面纹理 |
| 2.3 手术器械建模 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 虚拟手术系统中的物理建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 人体软组织模型生物力学特性 |
| 3.3 软组织质点-弹簧模型 |
| 3.3.1 质点-弹簧模型 |
| 3.3.2 弹簧与阻尼的连接方式 |
| 3.4 TetGen算法 |
| 3.4.1 TetGen介绍 |
| 3.4.2 肝脏文件TetGen四面体划分 |
| 3.4.3 TetGenView |
| 3.5 物理模型的合成 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 碰撞检测及反馈力计算 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 软组织对象碰撞检测的特点 |
| 4.3 碰撞检测算法 |
| 4.3.1 包围体(BV) |
| 4.3.2 轴对齐包围盒(AABB) |
| 4.3.3 基于包围球的AABB |
| 4.3.4 基于原点的AABB重构 |
| 4.3.5 旋转AABB后的重计算 |
| 4.4 反馈力计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 虚拟手术平台设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 虚拟手术软件框架介绍 |
| 5.3 虚拟手术系统的硬件组成 |
| 5.4 虚拟手术系统功能模块 |
| 5.5 虚拟手术实验平台 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（5）虚拟手术仿真中软体组织触碰形变和碰撞检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 虚拟手术仿真系统研究现状 |
| 1.3 软组织建模 |
| 1.3.1 有限元模型 |
| 1.3.2 质点弹簧模型 |
| 1.4 碰撞检测研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容与结构 |
| 1.5.1 本文主要研究内容 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 1.5.3 本文的结构 |
| 第2章 虚拟手术仿真系统 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 系统运行流程 |
| 2.3 初始化模块 |
| 2.3.1 物理模型与渲染模型的连接 |
| 2.3.2 渲染环境的初始化 |
| 2.4 力触觉模块 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 新型质点弹簧模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于向量弹簧的质点弹簧模型 |
| 3.2.1 三角图元 |
| 3.2.2 表面质点弹簧模型 |
| 3.2.3 基于向量弹簧的质点弹簧模型 |
| 3.2.4 形变计算 |
| 3.3 顶点法向量更新 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 碰撞检测算法与形变反馈计算 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 碰撞检测算法 |
| 4.2.1 离散碰撞检测算法 |
| 4.2.2 离散碰撞检测算法存在问题 |
| 4.2.3 离散体结构碰撞检测算法 |
| 4.2.4 离散体结构碰撞检测算法的局限性 |
| 4.2.5 混合体结构碰撞检测算法 |
| 4.3 形变反馈算法 |
| 4.3.1 基于离散体结构碰撞检测的反馈算法 |
| 4.3.2 基于混合体结构碰撞检测的反馈算法 |
| 4.4 力反馈的计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 实验验证及结果分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验环境与参数设定 |
| 5.3 形状恢复能力测试 |
| 5.3.1 新型质点弹簧模型与传统质点弹簧模型比较 |
| 5.3.2 新型表面质点弹簧模型与体弹簧模型比较 |
| 5.4 实时性及触碰反馈测试 |
| 5.5 碰撞检测测试 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 进一步工作 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（6）超声引导肿瘤微波消融虚拟手术系统研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 虚拟手术系统国内外研究现状 |
| 1.2.1 发展历程 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.2.3 国内研究现状 |
| 1.3 医学三维可视化发展现状 |
| 1.4 课题拟开展的研究工作 |
| 1.5 论文章节安排 |
| 2 肿瘤消融虚拟手术系统设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 超声引导肿瘤微波消融机器人手术系统工作流程与局限 |
| 2.2.1 系统工作流程 |
| 2.2.2 系统存在的局限 |
| 2.3 超声引导肿瘤微波消融虚拟手术系统功能与结构流程设计 |
| 2.3.1 混合现实设备HoloLens与其交互技术 |
| 2.3.2 系统功能设计 |
| 2.3.3 系统流程设计 |
| 2.3.4 系统模块设计 |
| 2.4 相关软件平台 |
| 2.4.1 3ds Max |
| 2.4.2 Mimics |
| 2.4.3 Unity3D |
| 2.5 本章小节 |
| 3 虚拟手术系统建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 虚拟手术场景建模 |
| 3.3 人体组织与器官的三维模型重建 |
| 3.3.1 原始影像获取 |
| 3.3.2 Mimics人体器官三维重建技术研究 |
| 3.4 Unity3D中虚拟手术场景搭建 |
| 3.5 本章小节 |
| 4 超声引导肿瘤微波消融虚拟手术系统关键技术实现 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 肿瘤病灶三维模型全息立体显示与交互 |
| 4.2.1 肿瘤病灶三维模型全息显示 |
| 4.2.2 肿瘤病灶模型交互功能实现 |
| 4.3 全息手术路径规划 |
| 4.4 实时超声图像采集与全息显示 |
| 4.4.1 超声影像的采集 |
| 4.4.2 基于Socket的UDP局域网图像传输 |
| 4.5 本章小节 |
| 5 虚拟手术系统功能集成与实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统功能集成 |
| 5.3 虚拟手术规划实验 |
| 5.4 本章小节 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者和导师简介 |
| 附件 |
（7）颅颌面整形外科手术机器人关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 医疗手术机器人研究现状 |
| 1.2.1 国外医疗手术机器人的发展状况 |
| 1.2.2 国内医疗手术机器人的发展近况 |
| 1.2.3 颅颌面手术机器人的研究动态 |
| 1.3 本文选题意义 |
| 1.4 颅颌面整形手术机器人系统的关键技术 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 第2章 颅颌面整形手术图像导航系统的建立 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 基于AR技术的颅颌面整形手术导航系统 |
| 2.2.1 AR导航系统设计 |
| 2.2.2 CT图像的获取 |
| 2.2.3 标志物的选定 |
| 2.2.4 CT图像分割及三维重建 |
| 2.3 虚实三维匹配 |
| 2.3.1 概述 |
| 2.3.2 匹配算法 |
| 2.3.3 算法数学模型 |
| 2.4 实验 |
| 2.4.1 实验设计 |
| 2.4.2 实验结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 颅颌面整形手术机器人机构设计 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 CPSR-Ⅰ设计与制造 |
| 3.3 CPSR-Ⅱ总体设计方案 |
| 3.3.1 设计要求 |
| 3.3.2 设计流程 |
| 3.3.3 CPSR-Ⅱ虚拟样机 |
| 3.4 CPSR-Ⅱ结构设计 |
| 3.4.1 机器人机构设计 |
| 3.4.2 自由度设计 |
| 3.4.3 CPSR-Ⅱ结构设计 |
| 3.4.4 末端执行器结构设计 |
| 3.4.5 CPSR-Ⅱ电机的选型 |
| 3.4.6 基于有限元方法的零部件受力分析 |
| 3.5 CPSR-Ⅱ机器人样机系统 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 CPSR-Ⅱ运动学、动力学及轨迹规划 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 CPSR-Ⅱ机器人运动学分析 |
| 4.2.1 坐标系的建立 |
| 4.2.2 连杆参数 |
| 4.2.3 正运动学分析 |
| 4.2.4 逆运动学分析 |
| 4.2.5 正逆运动学验证 |
| 4.2.6 工作空间分析 |
| 4.2.7 轨迹规划分析 |
| 4.2.8 轨迹仿真结果 |
| 4.3 CPSR-Ⅱ机器人动力学模型及分析 |
| 4.3.1 拉格朗日公式 |
| 4.3.2 CPSR-Ⅱ机器人动力学模型 |
| 4.3.3 虚拟仿真分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于力反馈的CPSR-Ⅱ系统设计与控制 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 基于力反馈的CPSR-Ⅱ机器人控制系统设计 |
| 5.2.1 控制系统需求及方案设计 |
| 5.2.2 基于力反馈的控制系统算法 |
| 5.2.3 CPSR-Ⅱ机器人控制系统结构设计 |
| 5.2.4 系统硬件与软件设计 |
| 5.2.5 机器人各关节PID控制分析 |
| 5.2.6 基于力反馈的系统安全性分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 实验与分析 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 实验系统 |
| 6.2.1 实验设备 |
| 6.2.2 测量设备 |
| 6.3 机器人误差分析及参数标定 |
| 6.3.1 误差分析 |
| 6.3.2 机器人参数标定 |
| 6.4 机器人精度测试 |
| 6.4.1 重复精度实验 |
| 6.4.2 绝对精度实验 |
| 6.5 基于CPSR-Ⅰ机器人的狗的下颌骨实验 |
| 6.5.1 概述 |
| 6.5.2 实验操作分析 |
| 6.5.3 实验结果 |
| 6.6 基于CPSR-Ⅱ机器人的人头骨模型实验 |
| 6.6.1 概述 |
| 6.6.2 视觉控制的稳定性及响应特性 |
| 6.6.3 基于下颌骨模型的力反馈实验 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 主要研究成果 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间撰写的学术论文 |
| 致谢 |
（8）双边遥操作微创手术系统中FPAA混合控制系统的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 遥操作系统概述 |
| 1.3 虚拟触觉手术仿真系统概述 |
| 1.4 双边遥操作系统稳定性和透明性的研究现状 |
| 1.5 虚拟触觉仿真系统稳定性和透明性的研究现状 |
| 1.6 控制器离散化对遥操作系统透明性的影响及解决方案 |
| 1.7 可编程模拟门阵列（FPAA）概述 |
| 1.8 课题来源和研究目的及意义 |
| 1.8.1 课题来源 |
| 1.8.2 课题的研究目的和意义 |
| 1.9 本论文的研究思路和主要研究内容 |
| 第2章 双边遥操作系统中模拟控制的透明性分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于模拟控制和基于数字控制的双边遥操作系统模型 |
| 2.3 双边遥操作系统稳定性和透明性的分析 |
| 2.3.1 双边遥操作系统的透明性 |
| 2.3.2 双边遥操作控制系统的稳定性 |
| 2.3.3 双边遥操作系统的稳定性和透明性的相互关系 |
| 2.4 双边遥操作控制系统的设计 |
| 2.4.1 内部电流控制电路的设计 |
| 2.4.2 外部位移控制电路的设计 |
| 2.4.3 遥操作系统模拟控制电路设计时的约束条件 |
| 2.4.4 双边遥操作控制系统的设计流程 |
| 2.5 模拟控制的双边遥操作系统性能的分析实验 |
| 2.5.1 比较实验平台的搭建 |
| 2.5.2 双边遥操作系统的稳定性范围 |
| 2.5.3 基于矩阵参数的系统透明性实验评价 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于FPAA模拟控制的双边遥操作系统的设计和分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PEB双边遥操作系统模型 |
| 3.3 基于FPAA的位移控制电路的设计 |
| 3.4 基于FPAA的控制系统的设计方法 |
| 3.4.1 FPAA模拟控制电路设计时的约束条件 |
| 3.4.2 基于FPAA的遥操作控制系统的设计流程 |
| 3.5 基于FPAA控制的双边遥操作系统性能评价实验 |
| 3.5.1 基于FPAA控制的双边遥操作系统的稳定性分析 |
| 3.5.2 自由运动中FPAA双边遥控系统的位姿误差测试实验 |
| 3.5.3 遥控开关任务中FPAA双边遥控系统的透明性评价实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于FPAA混合控制的双边遥操作系统的设计和分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 混合方法控制下的双边遥操作系统模型 |
| 4.3 数学基础 |
| 4.4 混合方法控制下的双边遥操作系统稳定性的分析 |
| 4.4.1 无源无延迟情况下混合遥控系统的稳定性不等式 |
| 4.4.2 有源无延迟情况下混合遥控系统的稳定性不等式 |
| 4.4.3 无源有延迟情况下混合遥控系统的稳定性不等式 |
| 4.4.4 有源有延迟情况下混合遥控系统的稳定性不等式 |
| 4.4.5 FPAA控制器与数字控制器混合使用对稳定性的影响 |
| 4.5 FPAA混合控制下双边遥操作系统性能评价实验 |
| 4.5.1 FPAA混合控制遥操作系统实验平台的搭建 |
| 4.5.2 FPAA混合遥操作控制器稳定范围测定 |
| 4.5.3 遥控开关任务中FPAA混合控制下系统的透明性评价实验 |
| 4.5.4 FPAA混合控制下双边遥操作系统力反馈的透明性评价实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于FPAA混合控制的虚拟触觉手术仿真系统稳定性和透明性的分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 混合方法控制下的虚拟触觉手术仿真系统建模 |
| 5.3 混合方法控制下的虚拟触觉手术仿真系统稳定性分析 |
| 5.3.1 单用户虚拟触觉手术仿真系统 |
| 5.3.2 多用户虚拟触觉手术仿真系统 |
| 5.3.3 混合控制下虚拟触觉手术仿真系统稳定性不等式的结果分析 |
| 5.4 基于FPAA模拟/数字混合控制的虚拟触觉手术仿真平台的搭建 |
| 5.4.1 虚拟触觉手术仿真平台总体结构 |
| 5.4.2 虚拟触觉手术仿真平台主从操作控制系统 |
| 5.5 FPAA混合控制下虚拟系统的仿真实验结果 |
| 5.5.1 混合控制下虚拟触觉手术仿真系统的稳定范围测定 |
| 5.5.2 FPAA混合控制中PD和PID控制策略的比较分析 |
| 5.5.3 自由运动中混合控制的虚拟触觉手术仿真系统位姿跟踪评价实验 |
| 5.5.4 混合控制方法下虚拟触觉手术仿真系统力反馈的透明性评价实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录I 双边遥操作系统主/从机器人运动学模型 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（9）脑外科虚拟手术中软组织形变及撕裂模型研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的学科背景 |
| 1.2 虚拟手术系统的研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 虚拟手术系统整体结构 |
| 1.4 软组织形变技术研究现状 |
| 1.4.1 基于表面数据的模型 |
| 1.4.2 体数据模型 |
| 1.4.3 总结 |
| 1.5 论文的主要内容 |
| 第2章 一种基于Splat图元的几何形变模型 |
| 2.1 基于点图元的形状匹配经典算法 |
| 2.2 基于Splat的形状匹配改进算法 |
| 2.2.1 Splat的产生 |
| 2.2.2 Splat的数据存储结构 |
| 2.2.3 塑形 |
| 2.2.4 破裂 |
| 2.2.5 基于Splat图元的形变算法 |
| 2.3 实验结果与分析 |
| 2.3.1 算法有效性验证 |
| 2.3.2 算法性能分析 |
| 2.3.3 算法的应用 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于无网格RPIM物理形变仿真 |
| 3.1 基本概念 |
| 3.1.1 应力分量 |
| 3.1.2 应变位移方程（几何方程） |
| 3.1.3 本够方程（物理方程） |
| 3.1.4 平衡微分方程 |
| 3.1.5 边界条件和初始条件 |
| 3.2 径向基点插值法(RPIM)的基础知识 |
| 3.2.1 径向基点插值形函数 |
| 3.2.2 构建支持域 |
| 3.2.3 RPIM形函数的性质 |
| 3.3 RPIM方法求解过程 |
| 3.3.1 建立背景网格 |
| 3.3.2 弹性力学基本方程 |
| 3.3.3 变分及离散形式 |
| 3.3.4 施加本质边界条件 |
| 3.4 软组织的基本力学特性 |
| 3.4.1 粘弹性理论 |
| 3.4.2 线性粘弹性本构关系 |
| 3.5 基于径向基点插值法（RPIM）的软组织形变模型 |
| 3.5.1 加入粘弹性的RPIM |
| 3.5.3 模型细节 |
| 3.5.4 算法的执行和结果 |
| 3.5.5 基于RPIM方法的软组织形变模型的优点 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于几何和物理的混合形变模型 |
| 4.1 基于点图元的无网格形变模型 |
| 4.2 基于点图元的多分辨率软组织形变模型 |
| 4.2.1 多分辨率的近似算法 |
| 4.2.2 数据存储 |
| 4.2.3 高分辨率模型的计算流程 |
| 4.3 试验结果及其分析 |
| 4.3.1 高分辨率模型与普通模型的视觉效果对比 |
| 4.3.2 高分辨率模型与普通模型的计算效率对比 |
| 4.3.3 实时仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 软组织撕裂模型 |
| 5.1 破裂技术研究现状 |
| 5.1.1 基于物理的建模方法 |
| 5.1.2 基于几何的建模方法 |
| 5.2 软组织撕裂 |
| 5.2.1 断裂面的形成 |
| 5.2.2 断裂面的渲染 |
| 5.2.3 柏林噪声干扰 |
| 5.2.4 数据更新 |
| 5.2.5 算法集成 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 基于自适应柯西变异粒子群的碰撞检测算法 |
| 6.1 随机碰撞检测算法 |
| 6.2 层次包围盒树方法 |
| 6.3 自适应柯西变异粒子群求解碰撞检测问题 |
| 6.3.1 粒子群算法 |
| 6.3.2 基本模型 |
| 6.3.3 自适应柯西变异粒子群算法 |
| 6.3.4 碰撞检测问题的求解流程 |
| 6.4 仿真结果与分析 |
| 6.5 本章总结 |
| 第7章 脑外科虚拟手术仿真系统简介 |
| 7.1 系统开发背景 |
| 7.1.1 显微神经外科学 |
| 7.1.2 显微神经外科相关知识和技术 |
| 7.2 系统开发平台 |
| 7.2.1 系统设备平台 |
| 7.3 虚拟手术系统模块 |
| 7.3.1 软组织形变模型 |
| 7.3.2 软组织切割模型 |
| 7.3.3 渲染技术 |
| 7.3.4 虚实融合技术 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 学位期间的研究成果 |
（10）国人髋关节解剖与行为学特性研究及在人工关节设计中的应用（论文提纲范文）
| 附件 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源及意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内、外研究现状 |
| 1.2.1 人工关节失效统计的国内外现状 |
| 1.2.2 下肢运动学研究现状 |
| 1.2.3 国人髋关节解剖参数测量的研究现状 |
| 1.2.4 天然髋关节与人工全髋关节活动度、假体撞击及脱位风险的研究现状 |
| 1.2.5 人工髋关节手术方法的研究现状 |
| 1.3 本论文研究目的及主要内容 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 第二章 人工髋关节的失效分析统计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 当前人工髋关节在临床使用中的常见问题 |
| 2.2.1 国外人工关节失效类型和发生率的统计分析 |
| 2.2.1.1 术后生存率与翻修率统计 |
| 2.2.1.2 失效类型统计 |
| 2.2.2 国内人工关节失效类型和数量的统计分析 |
| 2.3 人工关节失效的起因分析 |
| 2.3.1 人工髋关节脱位失效的生物力学分析与推理 |
| 2.3.1.1 髋关节假体脱位的危害性 |
| 2.3.1.2 典型的人工髋关节脱位失效形式 |
| 2.3.1.3 人工髋关节脱位失效原因分析与推理路线图 |
| 2.3.1.4 小结 |
| 2.3.2 人工髋关节无菌性松动失效的生物力学分析与诊断推理 |
| 2.3.2.1 无菌性松动的危害性 |
| 2.3.2.2 松动的临床现象 |
| 2.3.2.3 引起松动的细胞学与生物力学因素 |
| 2.3.2.4 松动失效原因分析与推理路线图 |
| 2.3.2.5 假体柄无菌性松动的辅助检测 |
| 2.3.2.6 小结 |
| 2.3.3 人工髋关节断柄失效的力学分析与推理 |
| 2.3.3.1 断柄失效的危害性 |
| 2.3.3.2 关节柄的疲劳破坏与断口分析 |
| 2.3.3.3 断柄失效原因分析与推理路线 |
| 2.3.3.4 小结 |
| 2.3.4 人工髋关节磨损分析和临床失效诊断推理 |
| 2.3.4.1 人工髋关节的摩擦磨损状态 |
| 2.3.4.2 材料磨损性能评价和关节磨损寿命界定的机械学准则 |
| 2.3.4.3 材料磨损特性评价和关节磨损寿命界定的生物学准则 |
| 2.3.4.4 磨损失效的形态及推理路线 |
| 2.3.4.5 小结 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 国人下肢典型行为运动测量及数据库的建立 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 测量设备与配套设施 |
| 3.3 实验样本 |
| 3.4 中国民众下肢典型行为运动测量实验 |
| 3.5 误差影响与消除 |
| 3.6 步态、慢跑的运动学测量与分析 |
| 3.6.1 测量说明 |
| 3.6.2 测量结果 |
| 3.6.2.1 步态的测量结果 |
| 3.6.2.2 慢跑的测量结果 |
| 3.6.3 讨论与分析 |
| 3.6.3.1 步态的结果分析 |
| 3.6.3.2 慢跑的结果分析 |
| 3.7 上下楼梯行为的运动学测量与分析 |
| 3.7.1 测量说明 |
| 3.7.2 测量结果 |
| 3.7.2.1 上楼梯行为测量结果 |
| 3.7.2.2 下楼梯行为测量结果 |
| 3.7.3 讨论与分析 |
| 3.7.3.1 上楼梯测量结果分析 |
| 3.7.3.2 下楼梯测量结果分析 |
| 3.7.4 走、跑和楼梯三个日常行为的运动数据对比 |
| 3.8 下跪动作的运动学测量与分析 |
| 3.8.1 测量说明 |
| 3.8.2 测量结果 |
| 3.8.3 讨论与分析 |
| 3.9 下蹲动作的运动学测量与分析 |
| 3.9.1 测量说明 |
| 3.9.2 测量结果 |
| 3.9.3 讨论与分析 |
| 3.10 盘腿坐姿态的运动学测量与分析 |
| 3.10.1 测量说明 |
| 3.10.2 测量结果 |
| 3.10.3 讨论与分析 |
| 3.10.4 三个高屈曲日常动作的运动数据对比 |
| 3.11 基于网络的人体下肢运动学数据库软件的开发 |
| 3.11.1 开发软件的目的 |
| 3.11.2 软件的实现 |
| 3.11.3 软件的功能 |
| 3.11.3.1 登陆界面和主功能界面 |
| 3.11.3.2 动作和数据添加功能模块 |
| 3.11.3.3 数据查询功能模块 |
| 3.11.3.4 数据备份与恢复功能模块 |
| 3.11.3.5 添加管理员和密码修改功能模块 |
| 3.11.3.6 系统设置功能模块 |
| 3.11.4 软件着作权登记 |
| 3.12 小结 |
| 第四章 髋关节运动的单位圆球面分析方法及相应软件设计与开发 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 新型单位圆球面分析髋关节运动方法 |
| 4.3 髋关节活动的关节角计算 |
| 4.3.1 髋关节局部坐标系的定义 |
| 4.3.2 关节角的计算 |
| 4.4 髋关节运动分析软件的设计与开发 |
| 4.4.1 开发软件的目的 |
| 4.4.2 软件开发方法 |
| 4.4.3 软件的实现 |
| 4.5 髋关节运动分析软件的特点与优势 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 国人髋关节解剖学测量及活动度分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 测量样本 |
| 5.3 下肢（包括髋关节）解剖测量标准的制定 |
| 5.3.1 制定下肢数字化解剖测量标准的必要性 |
| 5.3.2 股骨近端测量标准的制定 |
| 5.3.3 髋臼测量标准的制订 |
| 5.4 下肢骨的几何建模与数字测量技术的使用 |
| 5.4.1 下肢骨的几何建模 |
| 5.4.2 应用数字技术测量 |
| 5.5 国人髋关节解剖学参数测量结果与分析 |
| 5.5.1 骨盆侧解剖参数的测量结果 |
| 5.5.2 股骨近端解剖参数的测量结果 |
| 5.5.3 骨盆侧测量结果的统计分析 |
| 5.5.4 股骨近端测量结果的统计分析 |
| 5.5.5 结论 |
| 5.6 国人与欧美人种的天然髋关节理论活动度的对比分析 |
| 5.6.1 天然髋关节解剖数据对比 |
| 5.6.2 天然髋关节理论活动度分析与对比 |
| 5.7 小结 |
| 第六章 人工髋关节在国人典型行为运动中的风险分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 常见髋关节假体类型及活动特性 |
| 6.2.1 金属/金属髋关节假体 |
| 6.2.2 陶瓷/陶瓷髋关节假体 |
| 6.2.3 金属/高分子聚乙烯髋关节假体 |
| 6.3 影响髋关节假体活动范围的结构设计 |
| 6.3.1 球头与臼杯的设计 |
| 6.3.2 股骨颈的设计 |
| 6.4 人工髋关节的撞击、脱位机理 |
| 6.5 影响人工髋关节撞击或脱位的主要因素 |
| 6.5.1 影响人工髋关节撞击或脱位的主要因素 |
| 6.5.2 假体自身因素 |
| 6.5.3 临床手术因素 |
| 6.5.4 患者及康复因素 |
| 6.6 常见行为运动中人工髋关节的撞击与脱位风险分析 |
| 6.6.1 方法与结果 |
| 6.6.2 分析与结论 |
| 6.7 临床案例分析 |
| 6.8 小结 |
| 第七章 国人人工髋关节设计中关键参数的确定 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 适合国人运动的假体头颈比 |
| 7.2.1 不同头颈比假体的理论活动能力 |
| 7.2.2 满足国人平均运动水平的髋关节假体头颈比 |
| 7.3 传统术中定位技术以及存在的缺陷 |
| 7.3.1 目测定位 |
| 7.3.2 髋臼定位器定位 |
| 7.4 导航系统定位与模板定位 |
| 7.4.1 导航系统定位 |
| 7.4.2 模板定位 |
| 7.5 人工髋关节活动与手术植入参数的关系分析 |
| 7.5.1 方法与样本 |
| 7.5.2 结果与分析 |
| 7.5.3 结论 |
| 7.6 人工髋关节手术参数的设计 |
| 7.7 小结 |
| 第八章 总结 |
| 8.1 全文工作总结 |
| 8.2 论文主要贡献和创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表或录用的论文、软件与专利 |
四、小儿髋关节整形手术的计算机模拟（论文参考文献）
- [1]微创手术机器人操作的虚拟训练仿真及自主学习研究[D]. 孙硕. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [2]优化设计游离股前外侧穿支皮瓣治疗四肢复杂软组织缺损的临床观察[D]. 李翔. 南华大学, 2020(01)
- [3]一种改进质点弹簧模型及碰撞检测算法研究[D]. 洪智超. 南昌大学, 2019(02)
- [4]基于虚拟现实技术的力反馈手术平台的研究[D]. 邵岩. 沈阳工业大学, 2018(01)
- [5]虚拟手术仿真中软体组织触碰形变和碰撞检测研究[D]. 丁佳俊. 南昌大学, 2018(02)
- [6]超声引导肿瘤微波消融虚拟手术系统研究[D]. 杜程. 北京化工大学, 2018(02)
- [7]颅颌面整形外科手术机器人关键技术研究[D]. 周朝政. 上海交通大学, 2017(08)
- [8]双边遥操作微创手术系统中FPAA混合控制系统的研究[D]. 杨婷. 哈尔滨工业大学, 2016(01)
- [9]脑外科虚拟手术中软组织形变及撕裂模型研究[D]. 邹艳妮. 南昌大学, 2016(04)
- [10]国人髋关节解剖与行为学特性研究及在人工关节设计中的应用[D]. 周海. 上海交通大学, 2014(07)