基于觸覺臨場感的血管介入手術醫(yī)生訓練系統(tǒng).pdf

1、腦血管疾病現(xiàn)在已經(jīng)嚴重威脅著人們的健康。血管介入手術因為其創(chuàng)傷小，恢復快和效果好等優(yōu)點被廣泛應用。該手術是在病人的股靜脈處穿刺，將手術導管送達病變位置，同時，醫(yī)生在手術過程中通過X射線顯影技術產(chǎn)生的圖像進行指引。但是，介入手術時間比較長，醫(yī)生容易產(chǎn)生疲勞感和生理顫抖，影響手術的安全性。在傳統(tǒng)微創(chuàng)手術中，醫(yī)生必須有豐富的經(jīng)驗來精確地操作導管以保證手術的安全。通過采用虛擬現(xiàn)實（VR,Virtual Reality）技術的血管介入手術醫(yī)生訓練

2、系統(tǒng)，能夠有效的解決這些問題。為了提高醫(yī)生的手術技巧，我們提出了一種基于觸覺臨場感的血管介入手術醫(yī)生訓練系統(tǒng)。
　　針對顯影技術產(chǎn)生的二維圖像在操作過程中辨認不精確的問題，本文建立了虛擬現(xiàn)實環(huán)境，能夠允許醫(yī)生直觀的觀察手術過程中的導管的運作，使醫(yī)生在手術中積累的經(jīng)驗和技巧得以充分的利用。通過建立的高精度模型的碰撞檢測來判斷醫(yī)生的下一步操作，防止刺穿血管，使血管介入手術更安全可靠。
　　醫(yī)生在手術時推進導管會有慣性，而且手術疲

3、勞也會導致導管沒有按期操作，本文在建立了力反饋模型的同時加入了力反饋數(shù)據(jù)手套（CyberGlove）來實現(xiàn)力反饋。醫(yī)生在手術時，虛擬環(huán)境中的導管模型會對醫(yī)生操作的導管進行實時跟蹤，當導管模型與血管模型發(fā)生碰撞時，PC機會根據(jù)建立的力反饋模型計算出力反饋，并傳遞給力反饋數(shù)據(jù)手套使其震動。當血管的形變量越大，意味著導管越有可能刺穿血管，相應數(shù)據(jù)手套的震動頻率就越高。
　　本文通過導管模型跟隨性實驗驗證了血管介入手術醫(yī)生訓練系統(tǒng)中導管模

4、型跟隨性，實驗表明導管模型能很好地完成對手術中醫(yī)生操作導管的跟蹤，當導管進行軸向位移操作時，最大誤差為1mm，平均誤差在0.4mm左右，誤差值相對來說已經(jīng)比較小。當導管進行徑向旋轉(zhuǎn)操作時，旋轉(zhuǎn)角度的最大誤差為1°，平均誤差在0.5°左右，滿足醫(yī)生訓練系統(tǒng)的要求。
　　論文的最后進行了力反饋實驗，實驗結果證明系統(tǒng)能逼真地模擬醫(yī)生手術訓練過程，當導管和血管模型發(fā)生碰撞時，CyberGlove能立即震動，并且當血管最大形變量給定為0.5