虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的接觸交互技術(shù)研究.pdf

1、虛擬手術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)和利用不但可以節(jié)約培訓醫(yī)務人員的成本和時間,而且也可以降低非熟練人員進行實習手術(shù)時的風險,對提高中國的醫(yī)學教育水平和整體醫(yī)療水平具有重要意義.在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中,人機接觸交互技術(shù)起著非常重要的作用.虛擬手術(shù)器械是虛擬手術(shù)系統(tǒng)的人機接觸交互接口,是其重要組成部分,也是當前制約虛擬外科手術(shù)發(fā)展和普及的瓶頸問題之一.該文深入研究了虛擬外科手術(shù)中的人機接觸交互技術(shù),并對虛擬手術(shù)器械的工作原理和實現(xiàn)方法,以及生物軟組織的物理模型建

2、模方法進行了探討和研究.該論文的主要創(chuàng)新工作總結(jié)如下:為了建立一種基于真實切割中刀刃上切割力信息的生物組織物理模型,該文研制開發(fā)了一種能夠?qū)崟r采集切割過程中手術(shù)刀刃上的真實受力,以及手術(shù)刀的位置、姿態(tài)和速度信息的手術(shù)刀信息采集設備.該設備是在真實手術(shù)刀上安裝各種傳感器而獲得的,具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能好、方便使用等特點.用電子天平校正了手術(shù)刀力采集設備,試驗結(jié)果證明該設備能夠準確采集到切割時刀刃上的真實受力、高精度的位置和姿態(tài)信息.該文提出了

3、一種基于切割過程中刀刃上的真實受力和軟組織變形的生物組織物理模型建模方法.該文分析了生物體組織切割中滯后、松馳、蠕變,各向異性等特性.從能量守恒和狀態(tài)轉(zhuǎn)換角度,對真實切割力變化曲線進行了詳細分析.研究了確定生物體材料斷裂強度,和粘彈性變形時的應力-應變關(guān)系的方法.基于真實切割采集到的切割力和變形數(shù)據(jù)構(gòu)建了肝臟和皮膚組織的物理模型.該文研制開發(fā)出了基于真實手術(shù)器械形狀的新型虛擬手術(shù)刀和虛擬手術(shù)剪.這兩種虛擬手術(shù)器械具有力反饋和精確定位功能

4、.在虛擬手術(shù)中,當檢測到虛擬手術(shù)器械接觸到虛擬人體或虛擬器官時,力反饋裝置就會對用戶手部施加一個大小可控的作用力,使用戶有真實的觸碰感覺.力反饋是基于比例電磁鐵執(zhí)行元件,鋼絲繩-彈簧管傳動方式的裝置.在運行過程中,系統(tǒng)對反饋力進行閉環(huán)控制,刷新頻率可以達到1000Hz.這兩種虛擬手術(shù)器械在虛擬手術(shù)操作方式上和真實手術(shù)的感覺一樣,符合實用要求,具有良好的效果.該文還對磁跟蹤技術(shù)進行了研究,并在此基礎上,研制開發(fā)出一種基于磁傳感器和加速度計