膝關(guān)節(jié)鏡半月板虛擬手術(shù)中的力覺交互研究.pdf

1、得益于內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的患者選擇該手術(shù)取代傳統(tǒng)的開放式手術(shù)。由于微創(chuàng)手術(shù)操作難度高、初級(jí)醫(yī)生培訓(xùn)手段缺乏且周期長(zhǎng)，使得微創(chuàng)手術(shù)普及受到限制。虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的全新應(yīng)用，該系統(tǒng)為手術(shù)培訓(xùn)以及術(shù)前預(yù)演提供一種新的手段，它具有交互性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、沉浸感深等特點(diǎn)。目前，虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)已成為國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)仿真等領(lǐng)域研究的重點(diǎn)課題。
　　膝關(guān)節(jié)鏡半月板手術(shù)是最常見的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)

2、之一，該手術(shù)對(duì)醫(yī)生的手眼協(xié)調(diào)能力要求較高。力反饋交互是虛擬手術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，操作者通過(guò)力反饋技術(shù)感受虛擬場(chǎng)景中的力/觸覺并作出實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的反應(yīng)。本文基于力反饋裝置設(shè)計(jì)和力覺交互，開發(fā)虛擬膝關(guān)節(jié)鏡半月板手術(shù)交互系統(tǒng)。本研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)交互裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制分析。根據(jù)膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的操作特點(diǎn)和功能需求，完成交互裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析裝置操作的運(yùn)動(dòng)特性，最終給出系統(tǒng)控制方案。
　　(2)半月板物理模型構(gòu)建與反饋力

3、計(jì)算。分析半月板生物力學(xué)特點(diǎn)，確定虛擬手術(shù)交互系統(tǒng)中半月板的物理模型，并對(duì)模型的形變進(jìn)行分析。視覺頻率與觸覺頻率并不相同，但它們處于各自的刷新循環(huán)中。本文給出仿真與觸覺的數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)原理圖，以及模型受到作用后的反饋力計(jì)算方法。
　　(3)力反饋場(chǎng)景交互設(shè)計(jì)。該部分研究?jī)?nèi)容包括力反饋交互控制流程圖、連接軟件和硬件接口、虛擬模型運(yùn)動(dòng)需求分析。在模型交互過(guò)程中，選擇適當(dāng)?shù)呐鲎矙z測(cè)算法，并對(duì)力覺信息進(jìn)行處理和反饋。
　　(4)虛擬半