虛擬手術軟組織建模研究

呂珊珊，張偉，梁富娥，顧旋，劉東華

甘肅中醫藥大學 信息工程學院（蘭州，730000）

0 引言

虛擬手術是現代科學技術發展交叉學科多元化的研究方向之一，基于虛擬現實技術，融合醫學、機械學等諸多學科為一體，用以指導醫學手術過程的一種新型集成科技。虛擬手術最初的發展功能僅限于手術過程的中手術器械的導航，以及除主刀醫師外，其他參觀學習者的觀摩，功能形式較為單一，通過研究虛擬手術關鍵技術，現在已發展成為具有可操作、可交互的虛擬仿真手術系統。

軟組織建模技術即用各類建模方法，模擬出虛擬手術過程中軟組織的外形，以及與手術器械碰撞之后產生的形變狀態。軟組織建模的質量決定了虛擬手術模擬中視覺反饋的效果。但是生物軟組織的構成是復雜的，具有生物力學特性，這給軟組織建模帶來了極大的挑戰。同時，由于計算機技術的限制，對計算機單位時間內計算量要求較高的模型，仿真過程的實時性就難以達到要求。因此，虛擬手術模擬過程中形變的真實性與視覺反饋的實時性的適配程度一直是軟組織建模的研究重點與難點。為攻克這一難題，國內外針對實時性和真實性進行了大量研究，在一定程度上推動了軟組織建模技術的發展。

1 軟組織特性

軟組織生物力學特性是虛擬手術模擬軟組織形變建模的重要依據，決定了模型形變的真實程度。根據馮元楨和邢飛等對生物力學特性的探究，軟組織生物力學特性主要有以下幾點：