《虛擬骨科手術系統建模與仿真》以實現虛擬機器人輔助正骨手術系統為目標詳述了該虛擬手術系統機器人結構建模、運動學建模、手術環境建模、手術對象幾何建模、手術對象生物力學建模、手術對象生物力學模型解算、碰撞檢測、模型驗證、虛擬手術力反饋設備設計、仿真系統集成、實時仿真方法等虛擬手術系統設計中涉及的各方面研究內容。
《虛擬骨科手術系統建模與仿真》在基於醫療機器人模型與人體組織模型虛擬環境構建方面、人體軟組織建模方面、虛擬模型驗證方面、實時仿真實現方面的介紹具有獨到之處，解決了虛擬手術系統設計中的關鍵技術，為該方向的研究者提供了理論基礎與新鮮的設計思想。 《虛擬骨科手術系統建模與仿真》適用於從事虛擬手術、計算機輔助醫療、虛擬樣機、醫療機器人等領域教學、科研與開發的教師、學生、研發人員等廣大讀者。
基本介紹
- 書名：虛擬骨科手術系統建模與仿真
- 出版社：科學出版社
- 頁數：208頁
- 開本：B5
- 作者：王沫楠
- 出版日期：2013年6月1日
- 語種：簡體中文
- 品牌：科學出版社
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《虛擬骨科手術系統建模與仿真》以實現數位化機器人輔助正骨手術系統為目標詳述了該虛擬手術系統機器人結構建模、運動學建模、手術環境建模、手術對象幾何建模、手術對象生物力學建模、手術對象生物力學模型解算、碰撞檢測、模型驗證、虛擬手術力反饋設備設計、仿真系統集成、實時仿真方法等虛擬手術系統設計中涉及的各方面研究內容。《虛擬骨科手術系統建模與仿真》適用於從事虛擬手術、計算機輔助醫療、虛擬樣機、醫療機器人等領域教學、科研與開發的教師、學生、研發人員等廣大讀者。
圖書目錄
前言
第1章虛擬骨科手術系統介紹
1.1虛擬手術簡介及其套用意義
1.2虛擬手術系統的發展框架
1.3虛擬手術系統構成
1.3.1虛擬手術系統硬體組成
1.3.2虛擬手術系統軟體功能模組
1.4虛擬手術建模與仿真技術研究現狀
1.4.1虛擬手術建模及仿真方法研究現狀
1.4.2虛擬手術建模與仿真技術存在的問題
1.5 虛擬骨科手術系統建模與仿真的研究背景概述
1.6虛擬手術系統中的機器人建模
1.6.1、虛擬手術建模與仿真技術研究的硬體平台簡介
1.6.2正骨機器人的三維幾何建模
1.6.3正骨機器人的運動學建模
1.7虛擬手術系統中的環境建模
1.7.1構建虛擬環境的軟體平台
1.7.2虛擬環境的互動操作
1.7.3機器人執行機構的軌跡顯示
1.8小結
參考文獻
第2章人體組織數位化醫學影像信息獲取
2.1醫學影像獲取技術
2.1.1 X射線攝影
2.1.2 x射線計算機斷層攝影（X—CT）
2.1.3核醫學成像
2.1.4磁共振成像
2.1.5超聲成像
2.1.6其他新型的醫學成像技術
2.2醫學影像資料庫
2.2.1醫學影像資料庫的數據建模
2.2.2醫學影像資料庫的管理方法
2.2.3醫學影像資料庫國內研究現狀
2.2.4醫學影像資料庫國外研究現狀
2.3小結
參考文獻
第3章虛擬骨科手術系統人體組織解剖結構及生物力學特性分析
3.1復位手術
3.1.1牽引原理
3.1.2牽引流程
3.2腿部生物力學
3.3腿部的解剖結構
3.3.1腿部骨骼的解剖結構
3.3.2腿部肌肉的解剖結構
3.4小結
參考文獻
第4章基於醫學影像信息虛擬骨科手術系統人體組織幾何建模
4.1幾何建模的基本框架
4.2算法描述
4.2.1等值面抽取算法——Marching—Cubes算法
4.2.2格線簡化算法
4.2.3體模型生成算法
4.3虛擬骨科手術系統人體組織幾何建模
4.3.1圖像預處理
4.3.2重建結果及分析
4.3.3模型簡化結果
4.4小結
參考文獻
第5章虛擬骨科手術系統人體組織生物力學建模
5.1三維線彈性模型
5.1.1無窮小應變的定義
5.1.2無限小應力的定義
5.1.3各向同性線彈性材料
5.1.4橫向各向異性線彈性材料
5.1.5虛功原理
5.2非線性彈性模型
5.2.1線彈性模型的缺點
5.2.2非線性彈性的引入
5.3小結
參考文獻
第6章虛擬骨科手術系統人體組織模型計算
6.1線彈性模型的有限元計算
6.1.1線性四面體單元
6.1.2面積矢量
6.1.3各向同性線彈性材料剛度矩陣的計算
6.1.4橫向各向異性材料剛度矩陣的計算
6.2非線性彈性模型有限元分析
6.3材料變形的平衡等式
6.3.1重力做功
6.3.2外表面壓力做功
6.3.3質量矩陣
6.3.4邊界條件
6.3.5平衡等式
6.4準靜態變形的有限元計算
6.5動態變形的有限元計算
6.6人體腿部有限元模型的建立
6.6.1骨骼有限元模型
6.6.2肌肉有限元模型
6.6.3其他軟組織有限元模型
6.7有限元模型驗證
6.7.1邊界和載荷條件
6.7.2試驗結果
6.7.3試驗結論
6.8小結
參考文獻
第7章虛擬手術中的碰撞檢測
7.1包圍盒層次結構
7.1.1固定方向凸包的定義與計算
7.1.2包圍盒層次結構
7.2基於包圍盒樹的碰撞檢測算法
7.3包圍盒樹的更新
7.3.1對象運動後包圍盒樹的更新——近似法
7.3.2對象變形後包圍盒樹的更新
7.4小結
參考文獻
第8章虛擬骨科手術系統的互動式實時仿真
8.1虛擬骨科手術系統的互動式仿真
8.1.1主從雙向力操作關鍵技術研究狀況
8.1.2力覺主手機構
8.1.3力覺主手控制系統
8.1.4系統控制算法設計及實現
8.1.5基於WINDOWS的實時控制軟體設計
8.2虛擬骨科手術系統的實時仿真
8.2.1基於神經網路的生物力學模型
8.2.2系統集成
8.2.3實時力反饋試驗
8.2.4試驗結果分析
8.3小結
參考文獻
第9章有限元方法在生物醫學工程中的套用
9.1有限元方法
9.1.1有限元方法概述
9.1.2有限元軟體
9.2有限元方法在生物醫學工程中的套用
9.3股骨頸骨折內固定方式有限元分析
9.3.1骨折內固定模型的建立
9.3.2有限元分析及結果最佳化
9.3.3骨密度對股骨近段力學性能的影響
9.4熱力學基本知識
9.4.1傳熱學理論
9.4.2 Pennes生物傳熱方程
9.4.3熱應力理論
9.5基於三維溫度場有限元分析股骨腫瘤熱療方案最佳化
9.5.1骨骼三維重建
9.5.2骨骼材料特性與CT值的關係
9.5.3股骨有限元模型的建立
9.5.4股骨三維溫度場分析
9.6髖關節假體置換模型的建立及其熱應力有限元分析
9.6.1髖關節置換模型的建立
9.6.2 ANSYS熱應力分析
9.6.3置換髖關節熱應力分析
9.7骨癒合過程有限元模擬
9.7.1影響骨癒合過程的因素
9.7.2骨癒合過程的模擬方法
9.8小結
參考文獻
第1章虛擬骨科手術系統介紹
1.1虛擬手術簡介及其套用意義
1.2虛擬手術系統的發展框架
1.3虛擬手術系統構成
1.3.1虛擬手術系統硬體組成
1.3.2虛擬手術系統軟體功能模組
1.4虛擬手術建模與仿真技術研究現狀
1.4.1虛擬手術建模及仿真方法研究現狀
1.4.2虛擬手術建模與仿真技術存在的問題
1.5 虛擬骨科手術系統建模與仿真的研究背景概述
1.6虛擬手術系統中的機器人建模
1.6.1、虛擬手術建模與仿真技術研究的硬體平台簡介
1.6.2正骨機器人的三維幾何建模
1.6.3正骨機器人的運動學建模
1.7虛擬手術系統中的環境建模
1.7.1構建虛擬環境的軟體平台
1.7.2虛擬環境的互動操作
1.7.3機器人執行機構的軌跡顯示
1.8小結
參考文獻
第2章人體組織數位化醫學影像信息獲取
2.1醫學影像獲取技術
2.1.1 X射線攝影
2.1.2 x射線計算機斷層攝影（X—CT）
2.1.3核醫學成像
2.1.4磁共振成像
2.1.5超聲成像
2.1.6其他新型的醫學成像技術
2.2醫學影像資料庫
2.2.1醫學影像資料庫的數據建模
2.2.2醫學影像資料庫的管理方法
2.2.3醫學影像資料庫國內研究現狀
2.2.4醫學影像資料庫國外研究現狀
2.3小結
參考文獻
第3章虛擬骨科手術系統人體組織解剖結構及生物力學特性分析
3.1復位手術
3.1.1牽引原理
3.1.2牽引流程
3.2腿部生物力學
3.3腿部的解剖結構
3.3.1腿部骨骼的解剖結構
3.3.2腿部肌肉的解剖結構
3.4小結
參考文獻
第4章基於醫學影像信息虛擬骨科手術系統人體組織幾何建模
4.1幾何建模的基本框架
4.2算法描述
4.2.1等值面抽取算法——Marching—Cubes算法
4.2.2格線簡化算法
4.2.3體模型生成算法
4.3虛擬骨科手術系統人體組織幾何建模
4.3.1圖像預處理
4.3.2重建結果及分析
4.3.3模型簡化結果
4.4小結
參考文獻
第5章虛擬骨科手術系統人體組織生物力學建模
5.1三維線彈性模型
5.1.1無窮小應變的定義
5.1.2無限小應力的定義
5.1.3各向同性線彈性材料
5.1.4橫向各向異性線彈性材料
5.1.5虛功原理
5.2非線性彈性模型
5.2.1線彈性模型的缺點
5.2.2非線性彈性的引入
5.3小結
參考文獻
第6章虛擬骨科手術系統人體組織模型計算
6.1線彈性模型的有限元計算
6.1.1線性四面體單元
6.1.2面積矢量
6.1.3各向同性線彈性材料剛度矩陣的計算
6.1.4橫向各向異性材料剛度矩陣的計算
6.2非線性彈性模型有限元分析
6.3材料變形的平衡等式
6.3.1重力做功
6.3.2外表面壓力做功
6.3.3質量矩陣
6.3.4邊界條件
6.3.5平衡等式
6.4準靜態變形的有限元計算
6.5動態變形的有限元計算
6.6人體腿部有限元模型的建立
6.6.1骨骼有限元模型
6.6.2肌肉有限元模型
6.6.3其他軟組織有限元模型
6.7有限元模型驗證
6.7.1邊界和載荷條件
6.7.2試驗結果
6.7.3試驗結論
6.8小結
參考文獻
第7章虛擬手術中的碰撞檢測
7.1包圍盒層次結構
7.1.1固定方向凸包的定義與計算
7.1.2包圍盒層次結構
7.2基於包圍盒樹的碰撞檢測算法
7.3包圍盒樹的更新
7.3.1對象運動後包圍盒樹的更新——近似法
7.3.2對象變形後包圍盒樹的更新
7.4小結
參考文獻
第8章虛擬骨科手術系統的互動式實時仿真
8.1虛擬骨科手術系統的互動式仿真
8.1.1主從雙向力操作關鍵技術研究狀況
8.1.2力覺主手機構
8.1.3力覺主手控制系統
8.1.4系統控制算法設計及實現
8.1.5基於WINDOWS的實時控制軟體設計
8.2虛擬骨科手術系統的實時仿真
8.2.1基於神經網路的生物力學模型
8.2.2系統集成
8.2.3實時力反饋試驗
8.2.4試驗結果分析
8.3小結
參考文獻
第9章有限元方法在生物醫學工程中的套用
9.1有限元方法
9.1.1有限元方法概述
9.1.2有限元軟體
9.2有限元方法在生物醫學工程中的套用
9.3股骨頸骨折內固定方式有限元分析
9.3.1骨折內固定模型的建立
9.3.2有限元分析及結果最佳化
9.3.3骨密度對股骨近段力學性能的影響
9.4熱力學基本知識
9.4.1傳熱學理論
9.4.2 Pennes生物傳熱方程
9.4.3熱應力理論
9.5基於三維溫度場有限元分析股骨腫瘤熱療方案最佳化
9.5.1骨骼三維重建
9.5.2骨骼材料特性與CT值的關係
9.5.3股骨有限元模型的建立
9.5.4股骨三維溫度場分析
9.6髖關節假體置換模型的建立及其熱應力有限元分析
9.6.1髖關節置換模型的建立
9.6.2 ANSYS熱應力分析
9.6.3置換髖關節熱應力分析
9.7骨癒合過程有限元模擬
9.7.1影響骨癒合過程的因素
9.7.2骨癒合過程的模擬方法
9.8小結
參考文獻
