基于GPU加速的椎弓根钉置入手术虚拟仿真技术研究

• 作者: 薛保珊 张峰峰 闫晓剑 陈军
• 来源期刊: 哈尔滨理工大学学报
• 关键词: 虚拟现实 三维重建 钻骨手术 GPU加速 MC算法
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: 机械动力工程|Mechanical and Power Engineering
• 页码范围: 125-131
• 页数: 7页
• 分类号: TP391.9
• 语种: 中文
• DOI: 10.15938/j.jhust.2021.04.017

摘要

椎弓根钉置钉虚拟手术仿真训练系统均有着计算复杂度高、视觉和触觉刷新率低、操作性差的问题进而导致手术训练效果差.针对该问题搭建了一套基于Graphic Processing Unit(GPU)加速的椎弓根钉置入虚拟手术仿真系统.首先通过使用混合数据模型实现对脊柱的三维重建;其次利用碰撞检测、力反馈计算和体素消除等技术完成手术虚拟仿真系统的搭建;最后将GPU的并行处理框架应用于系统仿真模拟中,提高系统的实时性.对比实验结果表明:在未经GPU加速虚拟仿真系统中,视觉刷新率为10 Hz左右,触觉刷新率为50 Hz左右,采用GPU加速技术,视觉刷新率基本稳定在80 Hz左右,提升了70％,触觉刷新率达到600 Hz左右,性能得到极大的提升,即使用GPU加速的虚拟手术系统能够大大缩短触觉线程与视觉线程的计算时间,提高刷新率,进而提高系统的可操作性.