信息工程学院院长潘振宽教授10月31日下午在图书馆青年联谊会会议室做了题为《虚拟手术仿真研究进展与相关技术》的报告。潘教授深入浅出、声情并茂地从研究背景、主要相关学科基础、虚拟手术仿真系统构成、虚拟手术仿真系统研究内容、相关研究机构及成果和研究展望六个方面向与会人员进行了细致的阐述。
在介绍虚拟手术的研究背景时，潘教授说，传统的手术训练中，实习医生往往通过人造模型、尸体、动物或病人等进行练习。人造模型与尸体真实感不够，尸体资源有限且昂贵，动物活体组织及结构与人体差异较大，通过病人练习还涉及法律和道德等问题。虚拟手术仿真系统不仅有助于解决上述问题，并可使实习医生对不同的手术过程反复训练，还可以让医生对不经常做的复杂手术重复练习以保持其手术水平，还有助于临床医生对将要做的手术进行规划、模拟，以便制定合理的手术方案，因此虚拟手术训练显得十分必要并成为国际上研究的热点。
潘教授用一幅图片演示了医生借助于虚拟手术系统用于训练的情形。稍后潘教授又给大家讲解了虚拟手术的相关学科背景。虚拟现实是在多个学科相互交叉、相互渗透的基础上形成的。它是一门集计算机、网络通信、图形图像处理、多媒体、传感器、仿真模拟等新技术，甚至心理学、仿生学、艺术等领域的研究成果，构建能使人沉浸其中，虚拟的，交互的多维信息环境的综合新技术。它包括软件平台和硬件平台两部分。
接下来潘教授讲授了这次报告的核心也就是关于虚拟手术仿真系统的研究内容，主要有医学图像处理、人体器官与组织的几何模型、物理与计算模型、碰撞检测、可视化、拓扑结构变化。潘教授对每一部分都进行了画龙点睛的概述。其中在医学图像处理方面主要的内容为去噪声、轮廓线提取等。在几何建模方面的内容为从所得到的医学图像中通过三维重构等手段构造出人体器官的几何模型，同时给出人体组织的空间位置信息，为后面的各阶段做准备工作。物理模型主要有线弹性与非线性弹性模型、各向同性与各向异性模型、粘弹性模型、弹塑性模型、流体模型。在计算模型阶段主要采取弹簧——质点模型、有限单元模型两种方式。其中有限单元模型是近年来国际研究的热点。在碰撞检测阶段所作的工作为实时检测手术刀和人体组织的接触并报告，碰撞检测模块往往是虚拟手术计算的瓶颈，因此一个好的碰撞检测算法至关重要。近年来比较流行的为基于包围盒层次(Bounding Vo1ume Hierarchy)的方法。比较常用的包围盒有下面几种：AABB，OBB，FDH。可视化部分就是把人体软组织所发生的变形用计算机图形硬件逼真地显现出来，这一部分与计算机图形学关系最为紧密。拓扑结构改变就是当手术刀对人体组织切割、穿刺时，手术系统应该逼真地把这一过程描述出来，包括力反馈、图形显示。
在接下来的一部分，潘教授向大家讲述了国内外的最新研究成果。国外的著名研究机构为德国的Karlsruhe大学及Karlsruhe计算机应用研究所、法国的INRIA－信息与自动化研究所、瑞士的联邦工学院(ETH)、美国的Millersville University。国内的研究机构主要有浙江大学、国防科技大学、清华大学、中科院自动化所、青岛大学、解放军301医院。潘教授着重讲述了我校在虚拟手术方面的进展情况以及优势。目前我校与国防科技大学以及解放军第二总医院展开全方位合作，青岛大学医学院及其附属医院在外科手术和人体解剖等方面具有较坚实的基础，并能够提供相关手术规程、医学解剖等方面的技术支持。在教师资源方面，有几位教授在力学、图形学方面造诣很深，这就为项目的进行提供了强有力技术支持。在硬件资源方面，本项目受青岛大学重点项目资助，并且已申请了省自然科学基金，得到了较为充裕的资金支持。
潘教授还对虚拟手术的未来进行了展望，主要集中在两个方面即实时性、精度。其中的关键技术包括器官边界提取、图象处理中的分枝问题、3D重建、自适应网格，物理模型中的线性模型的局限、计算模型效率、参数识别，碰撞检测中的拓扑结构变化、软组织变形拓扑结构变化对其他工作的影响，可视化方面断面及内部可视化力反馈中的设备及力反馈速率。
最后，潘教授和与会代表进行了热烈的讨论。
