基于力反饋的虛擬手術(shù)器械的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、虛擬外科手術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要應(yīng)用，醫(yī)生通過專門的虛擬手術(shù)裝置與虛擬顯示環(huán)境交互，可以進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃、操作和訓(xùn)練。虛擬手術(shù)系統(tǒng)中，人機(jī)接觸交互技術(shù)起著非常重要的作用。虛擬手術(shù)器械是虛擬手術(shù)系統(tǒng)的人機(jī)接觸交互接口，是其重要組成部分。虛擬手術(shù)的力反饋，可以使醫(yī)生通過操作虛擬手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)，與虛擬環(huán)境和虛擬模型進(jìn)行交互，獲得與虛擬對(duì)象交互產(chǎn)生的力覺，如同操作真實(shí)物體一樣，這無疑可以使訓(xùn)練更真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠。大大節(jié)約醫(yī)務(wù)人員的培訓(xùn)成本

2、和時(shí)間，從而達(dá)到迅速提高學(xué)習(xí)者的手術(shù)技能的目的。 本文深入研究了虛擬外科手術(shù)中的力覺交互技術(shù)，對(duì)虛擬手術(shù)器械的力反饋工作原理和關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行了探討和研究。 虛擬手術(shù)器械的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)2大部分。硬件設(shè)計(jì)主要指裝置外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，“搭建”起虛擬外科手術(shù)系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)完成最終的功能集成，它決定了硬件所提供的環(huán)境內(nèi)所能完成的各種事件。 本文對(duì)虛擬手術(shù)裝置的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；設(shè)計(jì)了一種二維虛擬力反饋手術(shù)器械

3、的結(jié)構(gòu)；研究了虛擬手術(shù)器械的力反饋技術(shù)，選取了力反饋執(zhí)行元件，對(duì)控制驅(qū)動(dòng)裝置功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并選擇了控制驅(qū)動(dòng)裝置；設(shè)計(jì)了軟件系統(tǒng)的整體架構(gòu)，并編程實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)程序和用戶界面，與虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)WTK進(jìn)行了程序連接。 在一維力反饋實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，完成了3個(gè)基本的力反饋模型實(shí)驗(yàn)。從理論和實(shí)驗(yàn)角度詳細(xì)分析了力反饋裝置設(shè)計(jì)的合理性及實(shí)用性。對(duì)5維力反饋裝置進(jìn)行了初步的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了力反饋接口的有效性。 另外對(duì)