虛擬醫學手術仿真技術概述

潘新華,譚 珂

中國人民解放軍總醫院教育技術中心,北京 100853

1 虛擬醫學手術仿真技術的特點和前沿研究領域

1.1 虛擬醫學手術仿真技術的特點

虛擬醫學手術仿真技術綜合了醫學、計算機圖形學、生物力學、機器人技術、實時分布系統、人機交互、心理學、控制學、電子學和多媒體技術等相關領域的理論和技術[1]。它針對醫學數據建立逼真的視、聽、觸覺一體化的仿真環境,通過必要的交互設備,實現對于虛擬人體器官在虛擬手術器械作用下各種變化的模擬和對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境中的對象進行交互操作,獲得身臨其境的感受和體驗。虛擬醫學手術仿真技術可廣泛應用于手術方案設計、手術規劃、仿真訓練和術后效果評估等方面。該技術具有以下特點:

1.1.1 依托于人體的醫學影像數據 該技術建模的數據來源于人體的真實醫學影像數據,具有數據量大、個體化差異大、來源豐富的特點。

1.1.2 對幾何模型解剖結構要求精細、準確 由于手術仿真操作多針對人體具體的組織,包括:臟器、神經、血管等,所以在幾何建模時,需要精細、準確的表現人體的解剖結構。

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

1.1.4 實時力反饋交互復雜而精確 由于交互對象為生物體模型,所以需建立復雜的模擬彈性的生物力學模型,同時對觸覺反饋的實時性和精確性要求高。……