虛擬手術(shù)系統(tǒng)中力反饋技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、當(dāng)前傳統(tǒng)手術(shù)訓(xùn)練存在較大的局限性，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的虛擬手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。虛擬手術(shù)系統(tǒng)不但能夠很大程度上提高手術(shù)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練的效率和效果，還可以進(jìn)行手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃和罕見(jiàn)手術(shù)的預(yù)演等。更為先進(jìn)的力觸覺(jué)反饋設(shè)備也越來(lái)越多，為增加操作者在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的沉浸感提供了硬件基礎(chǔ)。
　　 虛擬手術(shù)中，人體器官大體可以分為剛體，軟體和流體三種，我們主要從剛體和軟體的角度進(jìn)行力反饋算法的研究。虛擬手術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)

2、性要求較高，人體器官的建模是虛擬手術(shù)研究的基礎(chǔ)，碰撞檢測(cè)算法貫穿始終，反饋力的計(jì)算及實(shí)時(shí)反饋決定操作者的感覺(jué)。
　　 對(duì)于剛體的力反饋算法，我們針對(duì)虛擬手術(shù)的特點(diǎn)，即與人體器官相比，手術(shù)器械所參與碰撞檢測(cè)的區(qū)域較小這一特點(diǎn)，引入有效區(qū)域的概念，對(duì)手術(shù)器械采用順序表方法建模，只用一步即可完成基本碰撞檢測(cè)，大體確定是否發(fā)生碰撞。在精確碰撞檢測(cè)階段，采用矢量判別法代替Brute-force方法。對(duì)于反饋力的計(jì)算我們采用Virtual-

3、proxy方法進(jìn)行，驗(yàn)證碰撞檢測(cè)算法的優(yōu)劣。
　　 在軟體的力反饋模型中，針對(duì)傳統(tǒng)柔性體變形算法存在動(dòng)力學(xué)仿真不足的問(wèn)題，提出一種基于物理意義的復(fù)合變形算法。采用GEL凝膠動(dòng)力學(xué)引擎，即填充球模型中引入一種骨架技術(shù)，模擬軟體的動(dòng)力學(xué)特性及整體形變，進(jìn)行手術(shù)器械與人體的碰撞檢測(cè)。針對(duì)填充球模型局部形變不夠明顯，及反饋力計(jì)算過(guò)于簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)，在軟體表面采用彈簧質(zhì)點(diǎn)模型，引入分層的思想，以受力點(diǎn)為中心將軟體表面分成均勻的同心圓，算法最終