膝關節(jié)鏡半月板虛擬手術中的力覺交互研究.pdf

1、得益于內窺鏡微創(chuàng)手術在醫(yī)療領域的廣泛應用，越來越多的患者選擇該手術取代傳統(tǒng)的開放式手術。由于微創(chuàng)手術操作難度高、初級醫(yī)生培訓手段缺乏且周期長，使得微創(chuàng)手術普及受到限制。虛擬手術仿真系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代醫(yī)學領域的全新應用，該系統(tǒng)為手術培訓以及術前預演提供一種新的手段，它具有交互性強、實時性好、沉浸感深等特點。目前，虛擬手術仿真系統(tǒng)已成為國際生物醫(yī)學工程、計算機仿真等領域研究的重點課題。
　　膝關節(jié)鏡半月板手術是最常見的關節(jié)鏡手術

2、之一，該手術對醫(yī)生的手眼協(xié)調能力要求較高。力反饋交互是虛擬手術研究的重點內容之一，操作者通過力反饋技術感受虛擬場景中的力/觸覺并作出實時、精準的反應。本文基于力反饋裝置設計和力覺交互，開發(fā)虛擬膝關節(jié)鏡半月板手術交互系統(tǒng)。本研究的主要內容如下:
　　(1)交互裝置設計及運動控制分析。根據(jù)膝關節(jié)鏡手術的操作特點和功能需求，完成交互裝置的結構設計，分析裝置操作的運動特性，最終給出系統(tǒng)控制方案。
　　(2)半月板物理模型構建與反饋力

3、計算。分析半月板生物力學特點，確定虛擬手術交互系統(tǒng)中半月板的物理模型，并對模型的形變進行分析。視覺頻率與觸覺頻率并不相同，但它們處于各自的刷新循環(huán)中。本文給出仿真與觸覺的數(shù)據(jù)通訊結構原理圖，以及模型受到作用后的反饋力計算方法。
　　(3)力反饋場景交互設計。該部分研究內容包括力反饋交互控制流程圖、連接軟件和硬件接口、虛擬模型運動需求分析。在模型交互過程中，選擇適當?shù)呐鲎矙z測算法，并對力覺信息進行處理和反饋。
　　(4)虛擬半