虛擬醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真技術(shù)概述

潘新華,譚 珂

中國人民解放軍總醫(yī)院教育技術(shù)中心,北京 100853

1 虛擬醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真技術(shù)的特點(diǎn)和前沿研究領(lǐng)域

1.1 虛擬醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真技術(shù)綜合了醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)器人技術(shù)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)、人機(jī)交互、心理學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)和多媒體技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的理論和技術(shù)[1]。它針對(duì)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)建立逼真的視、聽、觸覺一體化的仿真環(huán)境,通過必要的交互設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)于虛擬人體器官在虛擬手術(shù)器械作用下各種變化的模擬和對(duì)操作人員各種感官反饋(如視覺反饋和力反饋等)的模擬,以自然的方式與仿真環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互操作,獲得身臨其境的感受和體驗(yàn)。虛擬醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真技術(shù)可廣泛應(yīng)用于手術(shù)方案設(shè)計(jì)、手術(shù)規(guī)劃、仿真訓(xùn)練和術(shù)后效果評(píng)估等方面。該技術(shù)具有以下特點(diǎn):

1.1.1 依托于人體的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù) 該技術(shù)建模的數(shù)據(jù)來源于人體的真實(shí)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù),具有數(shù)據(jù)量大、個(gè)體化差異大、來源豐富的特點(diǎn)。

1.1.2 對(duì)幾何模型解剖結(jié)構(gòu)要求精細(xì)、準(zhǔn)確 由于手術(shù)仿真操作多針對(duì)人體具體的組織,包括:臟器、神經(jīng)、血管等,所以在幾何建模時(shí),需要精細(xì)、準(zhǔn)確的表現(xiàn)人體的解剖結(jié)構(gòu)。

1.1.3 交互對(duì)象為體現(xiàn)軟組織物理行為的人體模型 與其他領(lǐng)域的仿真不同,在交互過程中,這些模型多體現(xiàn)為軟組織的物理特性,如彈性形變、組織撕裂、流血等。

1.1.4 實(shí)時(shí)力反饋交互復(fù)雜而精確 由于交互對(duì)象為生物體模型,所以需建立復(fù)雜的模擬彈性的生物力學(xué)模型,同時(shí)對(duì)觸覺反饋的實(shí)時(shí)性和精確性要求高。……