面向顯微外科手術的虛擬血管縫合仿真系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實技術的日益成熟,其應用領域逐步擴大.目前,虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學領域的應用,特別是對于虛擬手術系統(tǒng)的研究,已成為新的研究熱點. 本文以顯微外科手術中的血管縫合操作為實際依據(jù),建立了面向顯微外科手術的虛擬血管縫合仿真系統(tǒng),并將該系統(tǒng)成功的應用于本實驗室開發(fā)的主從式顯微外科手術機器人(MicroHand)系統(tǒng),提高了MicroHand操作的安全性和可靠性. 首先,針對顯微外科手術中血管縫合的特點,對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進行了

2、深入的研究.虛擬手術的仿真要求系統(tǒng)不僅要具有高質(zhì)量的實時視覺圖像,還要具有高分辨率的真實力反饋.所以,硬件上采用了SensAble公司開發(fā)的具有三維力反饋功能的PHANToM Desktop作為觸感交互設備.軟件方面,由于與PHANToM配套的GHOST SDK已經(jīng)提供給用戶一個建立虛擬環(huán)境的平臺,因此,工作重點主要集中在建立柔性仿真體模型和力反饋模型. 然后,通過對多種常用柔性體建模方法的研究與比較,采用了質(zhì)量-彈簧模型的建模

3、方法.該方法可以簡化模型,減小計算量,提高計算機的運行速度. 特別是考慮到生物器官交互式仿真的數(shù)學模型的建立正是以線彈性假設為基礎的.通過實現(xiàn)柔性平面的形變仿真,從顯示效果和計算速度方面驗證了該方法的可行性. 再次,以柔性平面的形變仿真為基礎,仔細研究了動脈血管的力學特點之后,采用幾何建模的方法,在虛擬環(huán)境下建立了血管的仿真模型.通過碰撞檢測與力反饋模型的設計,實現(xiàn)了生物血管縫合時形變的實時刷新和力信息的實時反饋.