腹腔鏡手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練軟件開(kāi)發(fā)研究.pdf

1、目的：本研究利用計(jì)算機(jī)虛擬建模語(yǔ)言，緊密結(jié)合解剖學(xué)、外科學(xué)理論與實(shí)踐知識(shí)，編寫(xiě)腹腔鏡手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練程序，探討一種基于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的，訓(xùn)練腹腔鏡手術(shù)技能的方法。 方法：首先利用3DSMAX進(jìn)行建模，創(chuàng)建出虛擬過(guò)程中所需要的器械及標(biāo)本。3DSMAX具有很強(qiáng)的三維實(shí)體建模能力。本文中的虛擬手術(shù)器械大部分應(yīng)用放樣造型和布爾操作。模型建好后，要對(duì)虛擬手術(shù)器械創(chuàng)建材質(zhì)和貼圖，提高渲染效果。然后通過(guò)Export將MAX格式轉(zhuǎn)換成VRML格式。

2、這樣在VRML中就可以直接對(duì)MAX生成的實(shí)體進(jìn)行交互操作。標(biāo)本、組織塊和血管等則是采用了基本幾何體建模，用規(guī)則的幾何體來(lái)代替，例如球體和圓柱體。為受訓(xùn)者提供更加直觀、感性的培訓(xùn)環(huán)境。然后在建模時(shí)加入人體器官作為生物體組織的物理特性?？紤]在幾何模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建合適的物理模型，反映軟組織在外力(例如各種手術(shù)器械)作用下的變形，符合生物力學(xué)的變形規(guī)律，增強(qiáng)系統(tǒng)的真實(shí)感。 結(jié)果：通過(guò)以上方法建立了必備器械和標(biāo)本的模型。進(jìn)行訓(xùn)練演示，各操

3、作均能順利進(jìn)行；如有操作失誤，根據(jù)設(shè)置，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示。導(dǎo)航系統(tǒng)，練習(xí)受訓(xùn)者操縱腹腔鏡準(zhǔn)確定位于目標(biāo)位置，將目標(biāo)顯示于視野中央。夾標(biāo)本放入標(biāo)本框中，練習(xí)準(zhǔn)確定位，左右手交換進(jìn)行。尖鉗或鈍鉗夾標(biāo)本兩手互相傳遞，練習(xí)左右手相互協(xié)調(diào)、相互配合。也可兩人同時(shí)進(jìn)行，練習(xí)手術(shù)者與助手間的協(xié)調(diào)與配合。夾出游離的針，練習(xí)夾針要領(lǐng)，避免損傷周圍組織。夾出組織塊壓著的針，練習(xí)雙手協(xié)調(diào)下夾出針，同時(shí)避免組織損傷。夾出游離的鈦夾，練習(xí)精細(xì)物體的夾持、取出。夾出

4、組織塊壓著的鈦夾，練習(xí)雙手協(xié)調(diào)下夾出鈦夾，或兩人協(xié)作配合。施夾鈦夾，練習(xí)上鈦夾的技術(shù)要領(lǐng)，避免上鈦夾時(shí)的組織切割。剪斷血管，練習(xí)剪刀的使用。配合腳踏電源開(kāi)關(guān)，電凝血管，練習(xí)電凝鉤的使用，也配合腳踏電源開(kāi)關(guān)練習(xí)眼、手、腳協(xié)調(diào)活動(dòng)。 結(jié)論：將飛速發(fā)展科學(xué)技術(shù)與微創(chuàng)外科相結(jié)合，是當(dāng)今醫(yī)學(xué)發(fā)展不可替代的有效手段。利用計(jì)算機(jī)虛擬建模語(yǔ)言可成功建立腹腔鏡虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練軟件系統(tǒng)，經(jīng)文獻(xiàn)檢索，國(guó)內(nèi)沒(méi)有此類研究，本課題將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。導(dǎo)航系統(tǒng)能夠很

5、好的訓(xùn)練扶鏡手，在手術(shù)過(guò)程中與手術(shù)者配合，達(dá)到準(zhǔn)確定位。標(biāo)本、鈦夾、縫針等的夾持動(dòng)作，能夠訓(xùn)練受訓(xùn)者左右手協(xié)調(diào)活動(dòng)，以及兩人相互配合。對(duì)血管的操作、使用電凝鉤等可使受訓(xùn)練者的眼、手、腳熟練配合，達(dá)到正確使用電凝鉤的訓(xùn)練效果。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)訓(xùn)練腹腔鏡手術(shù)，可避免簡(jiǎn)單腹腔鏡訓(xùn)練儀訓(xùn)練效果差、使用全套真實(shí)腹腔鏡價(jià)格昂貴、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物繁瑣、臨床病人風(fēng)險(xiǎn)大等諸多傳統(tǒng)訓(xùn)練方法的缺點(diǎn)。另外，本課題軟件以及硬件的開(kāi)發(fā)使該技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，可申報(bào)5-7項(xiàng)專利，我