離體軟組織力學參數(shù)測量及其在虛擬手術系統(tǒng)中的應用.pdf

1、虛擬現(xiàn)實技術的進步，使得建立虛擬手術系統(tǒng)從可能變成現(xiàn)實。醫(yī)生通過力觸覺交互設備在虛擬環(huán)境下模擬手術過程，獲得逼真的力觸覺和視覺反饋。在虛擬手術系統(tǒng)的物理建模過程中，軟組織的力學性能參數(shù)已成為制約虛擬器官物理模型效果的瓶頸。測量軟組織器官真實的力學性能參數(shù)，對提升虛擬手術系統(tǒng)的力觸覺反饋，具有極大的意義。
　　在國內外關于軟組織力學參數(shù)測量研究的基礎上，本課題將要搭建一種新型軟組織力學參數(shù)測量平臺，通過實驗測量肝臟力學參數(shù)，并將其應

2、用到虛擬手術系統(tǒng)當中，使操作者獲得更貼近真實的力反饋效果。主要研究內容有：
　　搭建虛擬手術系統(tǒng)軟件環(huán)境。利用OpenGL在虛擬環(huán)境下重繪肝臟和手術器械的幾何模型，通過建立包圍盒方式，提高碰撞檢測速度；通過分析軟組織力學特性，進而利用三參量模型描述軟組織的粘彈性；建立質點-彈簧模型，進而明確虛擬肝臟物理模型所需的核心力學參數(shù)：肝臟的彈性系數(shù)k、黏性系數(shù)?和外層組織的破壞力閥值Fm。
　　搭建一種全新的軟組織力學參數(shù)測量平臺，

3、提出將Phantom Omni機器人的功能擴展，應用到軟組織形變信息的測量中。采用球面算法，利用 Matlab擬合測量平臺的“桿長 L”，使用 D-H法進行正運動學建模，獲得末端點的坐標。編寫 M文件，分析末端點工作空間。設計裝夾機構和支架機構，用于輔助實驗操作。設計算法，計算力傳感器的末端重量補償和接觸力閥值。結合編程軟件，測量肝臟形變量和形變力。
　　設計單軸壓縮實驗，采用分段擬合彈性系數(shù)方法，擬合不同形變階段肝臟的彈性系數(shù)k

4、；設計應力松弛實驗，擬合肝臟的黏性系數(shù)?；設計穿刺實驗，分析肝臟外層組織被刺破瞬間的形變力峰值，即肝臟外層組織的破壞力閥值Fm。
　　將肝臟的力學性能參數(shù)應用到虛擬手術系統(tǒng)中。通過Phantom Omni力觸覺設備，對虛擬肝臟進行壓縮和拉伸操作，獲得虛擬環(huán)境下的力反饋。設計真實肝臟整體的壓縮實驗，測量真實整體肝臟在被壓縮狀態(tài)下的形變力位關系，將此力位關系與虛擬環(huán)境下的形變力位關系進行對比，驗證虛擬手術系統(tǒng)的正確性，進一步說明真實肝