虛擬手術(shù)系統(tǒng)中力反饋技術(shù)的設計與實現(xiàn).pdf

1、當前傳統(tǒng)手術(shù)訓練存在較大的局限性，隨著計算機技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)的虛擬手術(shù)系統(tǒng)應運而生。虛擬手術(shù)系統(tǒng)不但能夠很大程度上提高手術(shù)學習、訓練的效率和效果，還可以進行手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃和罕見手術(shù)的預演等。更為先進的力觸覺反饋設備也越來越多，為增加操作者在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的沉浸感提供了硬件基礎。
　　 虛擬手術(shù)中，人體器官大體可以分為剛體，軟體和流體三種，我們主要從剛體和軟體的角度進行力反饋算法的研究。虛擬手術(shù)對實時

2、性要求較高，人體器官的建模是虛擬手術(shù)研究的基礎，碰撞檢測算法貫穿始終，反饋力的計算及實時反饋決定操作者的感覺。
　　 對于剛體的力反饋算法，我們針對虛擬手術(shù)的特點，即與人體器官相比，手術(shù)器械所參與碰撞檢測的區(qū)域較小這一特點，引入有效區(qū)域的概念，對手術(shù)器械采用順序表方法建模，只用一步即可完成基本碰撞檢測，大體確定是否發(fā)生碰撞。在精確碰撞檢測階段，采用矢量判別法代替Brute-force方法。對于反饋力的計算我們采用Virtual-

3、proxy方法進行，驗證碰撞檢測算法的優(yōu)劣。
　　 在軟體的力反饋模型中，針對傳統(tǒng)柔性體變形算法存在動力學仿真不足的問題，提出一種基于物理意義的復合變形算法。采用GEL凝膠動力學引擎，即填充球模型中引入一種骨架技術(shù)，模擬軟體的動力學特性及整體形變，進行手術(shù)器械與人體的碰撞檢測。針對填充球模型局部形變不夠明顯，及反饋力計算過于簡單的缺點，在軟體表面采用彈簧質(zhì)點模型，引入分層的思想，以受力點為中心將軟體表面分成均勻的同心圓，算法最終