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1、创业资助项目可行性研究报告 深圳市技术创新计划创业资助项目可行性研究报告 项目名称：基于计算机虚拟现实技术的血管内介入手术综合平台申请单位：深圳市xx科技有限公司项目负责人：xx移动电话：电子邮箱：传 真：目录1、项目实施的背景意义51.1、项目所面向的我市经济、社会和科技发展等有效需求51.2、项目的先进性61.3、项目的重要性71.4、项目的必要性81.5、项目在行业中的地位和作用81.5.1、项目在行业中的地位81.5.2、项目在行业中的作用91.6、项目预期实现的经济和社会效益101.6.1、项目预期实现的经济效益101.6.2、项目预期实现的社会效益102、技术发展趋势及国内外发展现
2、状112.1、项目相关技术的发展趋势112.2、项目的国内外研究开发状况132.3、项目的产业化状况分析132.4、我市相关行业与国内外先进水平的差距142.5、市场需求情况152.5.1、深圳市需求152.5.2、国家需求153、项目主要研究内容173.1、项目涉及的技术领域173.2、拟解决的关键技术173.2.1、以人体医学影像数据为基础，建立虚拟手术病例173.2.2、手术过程的互动式模拟183.2.3、人机交互虚拟环境的建立193.3、拟采用的技术原理193.3.1、医学图像处理（Medical Image Processing）193.3.2、计算机几何和物理建模（Geometri
3、c and Physically-based Modeling）203.3.3、人机交互接口(Visualization and Haptic Rendering)203.4、拟采用的技术方法213.4.1、主要技术213.4.1.1、CT和核磁共振图像分割技术213.4.1.2、基于CT和核磁共振图像的虚拟人三维重建技术223.4.1.3、人体组织器官和手术器械的物理建模和形变和交互模拟223.4.1.4、X光成像模拟技术233.4.1.5、硬件虚拟人、人机交互、及触觉渲染（力反馈）技术243.4.2、性能指标243.4.2.1、系统的精确性243.4.2.2、系统的实时性253.4.2.3
4、、系统的有效性253.5、拟采用的技术路线273.5.1、产品总体框架273.5.2、手术模拟系统的技术原理273.6、项目的主要技术创新点283.6.1、图像保边去噪技术及在图像分割中的应用283.6.2、基于血管中心线提取的血管网三维重建技术293.6.3、基于多网格技术的快速导管导线模拟方法303.6.4、基于GPU加速的快速非线性有限元技术313.7、项目涉及的相关知识产权314、项目预期目标及市场前景324.1、项目在技术进步方面可实现的预期成果324.2、项目形成的产业前景分析324.3、技术人才培养334.4、对解决产业发展问题的预期贡献334.4.1、技术指标334.4.2、经
5、济效益指标334.4.3、社会效益指标345、项目实施方案355.1、实现预期目标所需的组织管理方式355.2、项目技术实施步骤365.3、科技资源综合利用365.4、成果产业化策略375.5、研发资金的筹集与投入375.6、知识产权和技术标准的对策措施395.6.1、知识产权对策措施395.6.2、技术标准对策措施405.7、项目实施方案的可行性405.7.1、项目涵盖的研究领域405.7.2、理论依据415.7.3、技术基础425.8、风险分析与应对措施435.8.1、客源流失风险与应对措施435.8.2、市场疲软与应对措施435.8.3、价格波动与应对措施446、项目计划进度457、现有
6、工作基础和条件467.1、申请单位在相关技术领域的已有研发基础467.2、申请单位在相关技术领域的主要研究成果477.3、项目实施具备的支撑条件487.3.1、研发资金情况487.3.2、主要科研设施与仪器情况487.3.3、计划购置的重要仪器设备487.4、本项目或与本项目相关的其它项目申请国家、省、市科技计划情况498、研发团队498.1、研发团队的规模和结构498.2、项目核心研发人员情况501、项目实施的背景意义1.1、项目所面向的我市经济、社会和科技发展等有效需求虚拟现实技术是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关
7、于视觉、听觉、触觉等感官的模拟。虚拟现实技术被用于电子游戏，飞行训练模拟，地理信息系统，环境模拟等领域，高度浸入感的环境模拟让使用者有一种身临其境的体验。近年来随着虚拟现实技术的蓬勃发展，虚拟现实技术的应用越来越受到科技领域的广泛关注，一些业界巨头如google，facebook等也纷纷进入这一产业中来。可以展望不久的将来，虚拟现实技术将获得更为广泛的应用，并全面的进入到我们的日常生活中来。20世纪后期，高新技术的迅猛发展和在医学领域的广泛应用，大大促进了虚拟现实技术的开发与应用。作为虚拟现实技术在医学领域的应用微创手术模拟，经过10多年的发展，在欧美国家已经被广泛的应用于对手术医生进行教学和
8、培训。本项目就是致力于计算机虚拟微创手术的核心技术的研发和攻关，并依托申请人在血管内介入手术模拟技术上多年的研究和积累，将医学虚拟现实的技术应用到实际中来，完成计算机虚拟手术系统的产品化。目前，虚拟手术技术在我国的发展处于起步阶段，还没有国内企业涉足这一领域。尤其在血管内介入手术的模拟上，由于手术本身的复杂性和特殊性，对系统的设计、研发和实现都有很高的技术要求，这为国内企业进入这一领域设置了很高的门槛。目前仅有美国、以色列和瑞典等国屈指可数的公司能够开发和实现血管内介入手术模拟系统。介入医学工程是20世纪末医学对人类文明的重要贡献之一，介入手术的广泛应用，使得原有的手术教学与培训体系面临严峻的
9、挑战。介入手术通常高度依赖于功能繁多的手术器械，对于复杂的手术过程也有细致的要求。这些是传统手术无法比拟的。欧美国家的经验表明，凭借计算机虚拟微创手术系统建立的虚拟环境，作为一种先进的培训手段可以为手术医生提供高效的训练。并且，可以对手术医生的技能掌握情况进行量化评估。虚拟手术系统的推广对现代医学教学与培训体系具有革命性的影响，极大的缓解落后的传统医疗教学与高速发展的介入手术技术的矛盾。 深圳是一个高新技术产业密集的城市，在全国有着举足轻重的地位，深圳作为经济特区优势显著。深圳市拥有发达的软件产业，聚集了大批优秀的经验丰富的软件工程师。同时由于毗邻港澳，深圳获取外界信息远比内地其他城市方便。而
10、且本项目的最初也是从香港的高校开始的，地理上的优势为我们的产品的深度研发提供了进一步技术支持。深圳还拥有领先全国的电子产业和加工业，这些都是我们产品试制过程中所必需的，也是国内其他城市无法比拟的。深圳市政府对于发展高新技术产业，实现产业转型的决心，以及与之相应的给予高新技术企业大力的扶持和服务, 极大的鼓舞了创业者的信心。这对于我们这样的科技型小微企业犹如雪中送炭，大大提高了我们的生存和发展的能力。作为创业者和新技术、新应用的倡导者，我们也坚信在虚拟微创手术这一领域的核心技术的发展，以及相关产品的推出，会积极的推动我国医疗教学和培训体系的改革，并通过我们的不断努力和在这一领域的先发优势，使深圳
11、成为这一产业的龙头。 1.2、项目的先进性本项目是集医学图像分割技术（Medical Image Segmentation），虚拟人三维重建技术（Geometric Modeling），计算机物理建模技术（Physically-based modeling），X光模拟成像技术（Simulated X-ray Imaging），以及触觉渲染技术（Haptic rendering）等多种计算机图形图像及虚拟现实领域的前沿技术，真实的再现了手术的场景，为使用者提供高度浸入感体验的虚拟手术环境。项目中所设计的关键技术主要以申请人近年来所发表的学术论文为理论依据，包括申请人在香港中文大学就读期间发表的多
12、篇国际会议和期刊论文。项目基本代表了目前国际上血管介入手术模拟的发展水平。目前，在我国手术模拟技术和产品处于起步阶段，对于血管介入类手术模拟训练，尚无可用的商业产品问世。而在欧美国家已经将手术模拟技术广泛的应用到手术的教学与训练之中。甚至在美国，通过虚拟手术系统的考核是获得手术执业资格的必备环节。本项目不仅可以用于手术教学训练，还能用于手术技能考核的综合性虚拟手术平台，我司将是国内首家做血管介入类手术模拟平台的厂家。因此，我司进行此项目的研发在国内将是领先的。1.3、项目的重要性上世纪90年代，血管内介入技术引进我国，在我国迅速发展，至2012年仅心血管介入手术全年完成超过20万例。但这一数字
13、仅为美国的1/10，而我国具备血管内介入诊疗资格的医生也不足美国的五分之一。2013 年我国心脑血管患者约为2500 万人，且每年新增超过100 万。患者对于介入治疗的巨大需求，一些操作经验不足，手术指征掌握不严格的医生对病人实施手术，结果医疗事故频发，引发官司不断。血管内介入手术风险高，过程复杂，难度大；传统的教学手段，导致培训合格手术医生的周期漫长，根本没法满足需求。而经验丰富的医生，由于手术任务过于繁重，对于后备梯队的建设也基本无暇顾及，从手术教学到手术实践之间难以衔接。在欧美发达国家，虚拟手术系统已经广泛的应用，经验表明虚拟手术系统可以大大提高培训医生的效率，缩短培训周期。美国权威机构
14、Geisinger医疗中心与多家医疗机构联合在全美范围内对虚拟手术系统在训练医生中的有效性进行调查，并将调查结果被发表于2013年10月刊“Catheterization and Cardiovascular Interventions”。调查表明虚拟手术系统：（1）有助于受训者确认改善领域；（2）有助于受训者提高认知和操作能力以及心智技能；（3）对手术技巧进行客观评估；（4）不仅对于培训新从业者十分有效，而且有助于确保经验丰富的医生保持手术技能。1.4、 项目的必要性由于传统手术教学训练手段单一，合格手术医生培训周期漫长，无法满足日益增长的心脑血管病人的需求，这一情况已成为我国血管内介入手术
15、发展的瓶颈。而本项目正适应这一需求的发展，以计算机虚拟虚拟现实技术为基础，制定科学的培训课程。通过严格的训练过程，使学习者在临床和技术方面能具备优秀的认知和操作能力以及重要的心智技能。从而推动传统医疗手术教学和训练的革命，极大的缓解落后的传统医疗教学与高速发展的介入手术技术的矛盾，加速介入手术在我国医疗体系中的发展。所以，研发本项目是非常有必要的。1.5、 项目在行业中的地位和作用1.5.1、项目在行业中的地位本项目主要应用于血管内介入手术诊疗医生的教学和实践。2012年开始，根据卫生部要求今后仅有培训合格人员才具有独立从事心血管病介入诊疗的资格，这标志着血管内介入手术医生的教学和实践即将进入标准化，体系化的阶段。根据欧美国家经验，基于虚拟现实技术的模拟训练系统是
