یک محیط مجازی و مدل چشم برای شبیه سازی عمل جراحی
چکیده
یک مدل گرافیکی کامپیوتری سه‌بعدی با جزئیات کالبدشناسی از چشم و اطراف آن بر روی صورت برای استفاده در یک شبیه‌سازی عمل جراحی در یک محیط مجازی به کار گرفته‌شده است. این شبیه‌ساز، بخشی از یک سیستم روباتیک میکروجراحی کنترل از راه دور را تشکیل می‌دهد که به‌منظور عمل جراحی چشم توسعه‌یافته است. این مدل به‌وسیله جفت سازی واقعیت‌گرایی گرافیکی کامپیوتر با تجزیه‌وتحلیل المان محدود برای هر دو ویژگی شبیه‌سازی مکانیکی و بصری از چشم یک انسان طراحی‌شده است.
این مقاله کلیاتی از سیستم را با تأکید بر شیوه‌های مدل‌سازی گرافیکی و یک چارچوب کارآمد از لحاظ محاسباتی برای نمایش جزئیات آناتومی چشم و نیز تجزیه‌وتحلیل المان محدود از ویژگی‌های مکانیکی ارائه می‌کند. مثال‌هایی از تصاویر واقع‌گرایانه جفت شده با یک مدل المان محدود تغییر شکل‌های عظیم از قرنیه ارائه شده‌اند. این تصاویر می‌توانند برای برنامه‌های واقعیت مجازی به حد کفایت سریع رندر شوند.
1- مقدمه
ما در حال توسعه یک ربات میکرو جراح کنترل از راه دور برای عمل چشم هستیم. یک محیط مجازی به‌منظور فراهم آوردن شبیه‌سازی برای آموزش و کمک در حین عمل جراحی به‌عنوان بخشی از این سیستم به کار گرفته‌شده است. پزشک جراح در طول یک شبیه‌سازی دقیقاً به همان شیوه که در جراحی واقعی عمل می‌کند، به ربات فرمان می‌دهد.
این مقاله تلاش ما بر ایجاد واقعیت‌گرایی آناتومی در یک محیط مجازی را برای عمل جراحی چشم توضیح می‌دهد که شامل شبیه‌سازی بصری و مکانیکی می‌باشد. همچنین چارچوبی برای جفت سازی نگاره سازی کامپیوتری برای واقعیت‌گرایی مجازی با تجزیه‌وتحلیل المان محدود و ورودی از ابزارآلات فیزیکی فراهم می‌آورد.
12- نتیجه‌گیری
یک محیط مجازی جراحی حاوی یک مدل دقیق از چشم برای استفاده در یک سیستم روباتیک جراحی کنترل از راه دور برای عمل جراحی چشم به کار گرفته شد. شبیه‌سازی‌های بصری و مکانیکی با جفت سازی واقعیت‌گرایی تعریف‌شده به صورت پارامتریک و تجزیه‌وتحلیل المان محدود با یکدیگر ادغام شدند. محیط مجازی یک سطح قابل‌قبولی از واقعیت (قابل تنظیم) را برای یک تصویر با نرخ بازتولید پایین بر روی ایستگاه کار رومیزی به وجود می‌آورد و سرعت عملکرد نسبتاً بالایی (بیشتر از 10 هرتز) از خود نشان می‌دهد. این حالت اکنون بخشی از یک سیستم روباتیک میکروجراحی نمونه اولیه می‌باشد.
علاقه به کار برای مدل آموزش آناتومی وجود دارد زیرا به دانش آموزان اجازه می‌دهد تا هر ساختار آناتومی را به صورت مجزا انتخاب و مشاهده کنند.
ABSTRACT
An anatomically detailed 3-D computer graphic model of the eye and surrounding face within a virtual environment has been implemented for use in a surgical simulator. The simulator forms part of a teleoperated micro-surgical robotic system being developed for eye surgery. The model has been designed to both visually and mechanically simulate features of the human eye by coupling computer graphic realism with finite element analysis.
The paper gives an overview of the system with emphasis on the graphical modelling techniques and a computationally efficient framework for representing anatomical details of the eye and for finite element analysis of the mechanical properties. Examples of realistic images coupled to a large deformation finite element model of the cornea are presented. These images can be rendered sufficiently fast for the virtual reality application.
1. INTRODUCTION
We are developing a teleoperated micro-surgical robot for eye surgery. In order to provide simulation for training and to assist during surgery a virtual environment has been implemented as part of the system. During a simulation, the surgeon operates the robot in exactly the same way as it would be used when performing actual surgery.
This paper describes our efforts to create anatomical realism in a virtual environment for eye surgery involving visual and mechanical simulation. It provides a framework for the coupling of computer graphics for visual realism with finite element analysis and input from physical instruments.
12. CONCLUSIONS
A surgical virtual environment containing a detailed model of the eye has been implemented for use in a teleoperated microsurgical robotic system for eye surgery. Visual and mechanical simulations have been combined by the coupling of parametrically defined graphic realism and finite element analysis. The virtual environment produces a fair level of realism (adjustable) for a low display regeneration time on a desktop workstation and gives sufficiently fast performance (>10Hz) on a high end workstation. It now forms part of a prototype micro-surgical robotic system.
Interest has been expressed in using the model for anatomic teaching, as it allows students to select and view each anatomical structure individually.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1- مقدمه
2- مرور کلی سیستم روباتیک میکروجراحی
3- آناتومی کلی چشم
4- مدل گرافیکی سه‌بعدی چشم
5- ویژگی‌های گرافیکی مدل
5-1- صلبیه و قرنیه
5-2- عنبیه
5-3- شبکیه و عروق خونی شبکیه
5-4- پلک‌ها و صورت اطراف
5-5- مژه‌ها
6- مدل‌سازی المان محدود
7- نمایش روبات و محیط جراحی
8- مشاهده
9- طراحی نرم‌افزار
10- اجرای نرم‌افزار
11- نتایج و بحث
11-1- مثال‌ها
11-2- تنظیم پیچیدگی
12-نتیجه‌گیری
ABSTRACT
1. INTRODUCTION
2. OVERVIEW OF THE MICRO-SURGICAL ROBOTIC SYSTEM
3. GENERAL ANATOMY OF THE EYE
4. THE 3-D COMPUTER GRAPHIC EYE MODEL
5. GRAPHICAL FEATURES OF THE MODEL
5.1 The sclera and cornea
5.2. The iris
5.3. The retina and retinal blood vessels
5.4. The eyelids and surrounding face
5.5. The eyelashes
6. FINITE ELEMENT MODELLING
7. REPRESENTATION OF ROBOT AND SURGICAL ENVIRONMENT
8. VIEWING
9. SOFTWARE DESIGN
10. SOFTWARE IMPLEMENTATION
11. RESULTS AND DISCUSSION
11.1 Examples
11.2 Complexity adjustment
12. CONCLUSIONS
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه