心脏介入术虚拟导引辅助系统研究

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1、密级公开分类号TP391.7工程硕士学位论文心脏介入术虚拟导引辅助系统研究颜立德指导教师刘峥副教授薛嘉虹副教授申请学位级别工程硕士工程领域机械工程2018年5月4日心脏介入术虚拟导引辅助系统研究学科：机械工程研究生签字：学校导师签字：企业导师签字：摘要随着时代的发展，人民生活水平日益提高，由于肥胖或者长期不良的生活方式冠状动脉粥样硬化成为发病率最高、危害最大的血管疾病。介入治疗手术由于具有伤害小、见效快等特点已被广泛应用于冠心病的治疗当中。传统的介入手术培训中，往往会受到训练周期长、资源稀缺、训练效果差等诸多局限性因素的困扰，而虚拟介入

2、手术的提出则为以上的问题提供了更为先进的解决思路。本文基于心脏介入手术的重要操作环节和虚拟现实技术原理，提出了一种应用于心脏介入手术的虚拟训练系统，并论述了实现该系统的关键技术。医生可以借助该系统观察并评价虚拟场景中导丝以及病灶处的相对位置并据此对介入导丝的运动进行调整，使得导丝能顺利到达血管病灶处。同时，通过对虚拟训练系统中提供的多种血管模型病例进行操作从而模拟丰富案例的心脏介入术的重要过程，可以达到术前辅助训练的目的。首先，采用红外线追踪定位系统对介入导丝的运动信息进行获取，通过软件和硬件系统的搭建、系统标定、坐标提取、标记点匹配以

3、及三维坐标的重建来获取导丝各个标记点的三维坐标。接着，以VisualC++为开发工具，选用OpenCASCADE作为造型内核，在虚拟系统中根据各个标记点的三维坐标反求虚拟导丝的路径模型，开发位姿调整和透明度调整模块，实现虚拟导丝的运动控制使得虚拟导丝可以做与介入导丝同步的运动模拟。然后，基于血管模型的STL文件数据信息，在血管模型上选取多组参考点并计算每组的中心点，通过对中心点进行曲线拟合获得虚拟导丝的理想路径，通过曲线之间的最小间距计算以及双向豪斯多夫距离计算以实现两条路径之间进行比对，以便后续对手术训练的过程进行定量评价与分析。关键

4、词：心脏介入术；OpenCASCADE；导丝；路径比对；虚拟场景StudyontheVirtualGuidanceofCardiacInterventionalSurgeryDiscipline:MechanicalEngineeringStudentSignature:SupervisorⅠSignature:SupervisorⅡSignature:AbstractWiththedevelopmentofthetimes,coronaryatherosclerosishasbecomeoneofthemostharmfulhuman

5、vasculardiseaseswithhighestmorbidityduetotheobesityorlong-termbadlifestyle.Thecardiovascularinterventionaloperationhasbeenwidelyusedinthetreatmentofcoronaryheartdiseasebecauseoftheminimalinvasionandquickoperation.Withthetraditionalinterventionaloperationtrainingmethod,th

6、eprocesshasbeenplaguedbythelimitationsoflongtrainingcycle,shortageofcasesandpoortrainingeffect,While,theproposalofvirtualsurgeryprovidedtheadvancedsolutionfortheaboveproblems.Basedonthekeyoperationofcardiacinterventionalsurgeryandthetheoryofvirtualreality,thisprojectprop

7、osesavirtualtrainingsystemforcardiacinterventionalsurgery,forwhichthekeyresultswereexplained.Withthesystem,thedoctorcanobservetherelativepositionofthelesionandtheguidewireinthevirtualsceneandadjustthemotionoftheguidewiretoreachthelesionlocationsuccessfully.Thedoctorwastr

8、ainedinvirtualenvironmenttofinishtheimportantprocessesbeforetherealsurgeonbymeansoftheoperationswiththe