基于VR的血管介入手術(shù)醫(yī)生訓練系統(tǒng)的研究.pdf

1、目前，心腦血管疾病已成為嚴重威脅人類生命健康的常見疾病，微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)是救治該疾病的最及時有效的方法。但是手術(shù)的復雜度和風險度都很高，需要醫(yī)生具有豐富的手術(shù)經(jīng)驗和手術(shù)技巧。目前能進行血管介入手術(shù)的醫(yī)生相對較少，這就需要采用適合并有效的訓練方法對介入手術(shù)醫(yī)生進行術(shù)前培訓。隨著計算機技術(shù)的日新月異，虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)已經(jīng)用于醫(yī)學領(lǐng)域，本論文針對基于 VR的血管介入手術(shù)醫(yī)生訓練系統(tǒng)進行了相關(guān)研究，并搭建了基礎(chǔ)平臺，使用者可以以此練習使用血管介

2、入手術(shù)輔助系統(tǒng)，進而進行手術(shù)技巧技能的訓練。
　　本研究利用三維圖形接口OpenGL構(gòu)建了MFC單文檔應(yīng)用程序，實現(xiàn)對三維模型的初步處理，如模型導入并顯示、坐標軸顯示、視圖變換等。并完成了血管介入手術(shù)虛擬環(huán)境模型的建立，首先利用三維處理軟件3DS MAX進行導管和血管的幾何建模及視覺效果渲染，為了更加逼真的模擬手術(shù)環(huán)境，又采用對CT斷層掃描文件進行三維重建的方法進行血管模型的建立。本研究采用質(zhì)點-彈簧模型進行物理建模，并針對運動粒

3、子建立了動力學方程，使物體具有軟組織特性，碰撞時能產(chǎn)生軟體變形，本研究是利用Bullet物理引擎完成物理建模的。另外，對比發(fā)現(xiàn)，沿坐標軸的層次包圍盒（AABB）是最適合處理可形變對象的碰撞檢測的方法，研究應(yīng)用此方法判斷碰撞是否發(fā)生并進一步確定碰撞點，根據(jù)碰撞點位置的變化情況進而計算出反饋力的大小。
　　本論文在力反饋的計算模型上進行了改進，通過該模型得到的反饋力不僅包括導管前端的碰撞力，還包括導管與血管壁的摩擦力和血流阻力。在力反

4、饋的實現(xiàn)上，先是應(yīng)用力覺渲染庫 OpenHaptics對反饋力完成力覺渲染，采用力觸覺交互設(shè)備 PHANTOM Premium實現(xiàn)與虛擬對象間的雙向力覺信息的交互。但是，PHANTOM的操作過程與真實的血管介入手術(shù)的操作過程存在一定差異，為了更符合醫(yī)生手術(shù)中的操作習慣，本研究采用了新的主端操作裝置，該裝置是利用磁流變液（MRF）設(shè)計的阻尼器實現(xiàn)力反饋的，以此作為訓練系統(tǒng)人機交互的硬件平臺，可以讓操作者操作真實的導管，提高了系統(tǒng)的真實性和