曲面剪裁應用於腹腔鏡手術模擬系統之研究

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1、國立成功大學工業設計學系碩士論文曲面剪裁應用於腹腔鏡手術模擬系統之研究Meshcuttinginlaparoscopesurgicalsimulation研究生：簡孟君指導教授：謝孟達中華民國九十四年七月提要本篇論文主要在提供一種新的模擬思維應用在腹腔鏡手術模擬中，以建構曲面的方式取代原本建立實體模的方式。藉由提供新的建構斯維應用在模擬器上，期進一步能應用在醫學教育上，讓醫師更能接受好的訓練。建構曲面的方式來做內視鏡手術模擬有許多優點；其一，更貼近於實際內視鏡手術的狀況。實際內視鏡手術時，因為人體

2、內被灌入了CO2，從內視鏡中並不容易看到器官的全貌。在個手術過程中，醫師憑著經驗切開一層層的組織，而運用多層次的曲面來模擬人體內一層層的薄膜，更貼近於實際手術運作的情形；其二，曲面建構可以降低電腦的運算，增進模擬的即時性。實體模在運算上會耗費龐大的電腦資源，故一般都是在專門電腦上做運算。而改用曲面建購的方式來做模擬，可以降低電腦運算量。在本篇論文中，以單層的曲面做模擬，達到碰撞與裂開的物理呈現。過程中，使用者可藉由滑鼠的控制，操控手術刀的動；在3D的虛擬空間中，以手術刀觸碰網格，並可對網格進行切割

3、的動作。整個過程中，碰撞的反應以即時地呈現在螢幕上，而修剪的動作礙於運算問題採取觸發式的運作。在將來，單層的網格曲面可延伸為多層次的網格曲面，如此更貼近於真實腹腔鏡手術的情形，而修剪的裂口更可進一步地呈現不同器具的刀痕。關鍵字:腹腔鏡手術模擬，建構曲面，碰撞，裂開iAbstractTheobjectiveofthisresearchistodevelopanalgorithmtosimulatethemeshcuttingprocedureinLaparoscopeSurgeries.Thenew

4、ideaistousemeshtosimulatethemembraneswhichsurroundorgans.Itisdifferentfromsomeconventionalmethods,whichusesolidmodelstorepresentorgans.However,thevirtualsolidmodelsaresuppressedbythepressureofCO2,whichisusedtoinflatetheabdominalwalltogenerateadome-sha

5、pespaceforlaparoscopesurgery.Thatmeansdoctorscannotseeentireorgansmostoftimeduringthesurgicalprocedures.Therefore,weplantousemeshtosimulatemembranesandsomesurfacesoforgansinsteadofbuildingandsimulatingentireorganmodels.Weuseameshwith29x29verticesonthe

6、topofseveralsphericalobstaclestomodelpartofhumanabdominalenvironment.Verticesofthemeshareaffectedbyfourdifferentforcessuchasspringforce,gravityforce,dampingforce,andforcefromCO2pressurerespectively.Severalverticesofthemesharefixedtoavoidthemeshslipawa

7、y.Andthenwesimulatethecuttingproceduresbyaddingextrasameverticesatthecuttingposition.RepeatthesamestepsalongthecuttingpathuntiltheprocessstopsThealgorithmissuccessfullyimplementedandprovedtobeveryefficientandfastinlaparoscopesurgicalsimulation.Italsop

8、rovidesanewwayformodelingorgansinsidehumanabdominal.Thealgorithmcanbefurtherimprovedtoclothesdesignandconsumerproductformdesign,etc.Keyword:laparoscope,surgicalsimulation,mesh,organ,humanabdominalii誌謝本篇論文得以順利完成，首先要感謝我的指導老師謝孟達教授，在研究過程中給我許多指導與啟發