專利名稱：帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外科手術(shù)系統(tǒng)，特別涉及一種外科虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
虛擬手術(shù)是指醫(yī)生通過計(jì)算機(jī)建立虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練和計(jì)劃。由于一般的影像檢查僅能提供二維平面圖像。無法進(jìn)行3D手術(shù)仿真，缺少真實(shí)感和不可靠性。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域人們可以利用計(jì)算機(jī)建立一個(gè)虛擬3D環(huán)境以及可交互操作平臺(tái)。但是由于缺乏有效的力反饋，不能將虛擬手術(shù)器械進(jìn)行力反饋手術(shù)仿真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有手術(shù)仿真系統(tǒng)，提供一種帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)。本發(fā)明提供的帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)，包括一用于使用者直接操作的外圍設(shè)備；—與上述外圍設(shè)備相連意響應(yīng)用戶的操作的界面；一顯示設(shè)備；一與上述界面相連的提供虛擬環(huán)境的仿真模塊；所屬仿真模塊有進(jìn)一步包括一用來模擬要手術(shù)的組織的模型的手術(shù)組織模塊；一用來便于演示手術(shù)過程的圖形指示模塊；一用來模擬手術(shù)切割的切割模塊；一交互計(jì)算模塊；以及一模擬器官變形的模塊；以及一使用戶與上述虛擬仿真模塊交互的力反饋模型模塊。進(jìn)一步，所述仿真模塊還包括觸覺反饋控制模塊。再進(jìn)一步，所述仿真模塊還包括碰撞處理模塊。本發(fā)明提供的帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)由于采用了支持力反饋的模塊，使使用者有了觸覺反饋，具有手術(shù)的觸覺交互，同時(shí)通過模擬器官變形的模塊，使得整個(gè)虛擬手術(shù)的虛擬環(huán)境更加逼真，更適合外科手術(shù)的研究、教學(xué)和培訓(xùn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明的外科虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明的外科虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)的仿真模塊示意圖。圖3是本發(fā)明的力反饋與操作者的交互示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖1，本發(fā)明提供帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)包括外圍設(shè)備1、操作界面 2、仿真模塊3、力反饋模型模塊4和顯示設(shè)備5。外圍設(shè)備1是使用者輸入控制信息的設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)等。操作界面2是用戶操作的界面。仿真模塊4是本發(fā)明的系統(tǒng)的核心，下面將要詳細(xì)描述。力反饋模型模塊4是本發(fā)明的手術(shù)系統(tǒng)的重要部分，是使用者與虛擬的仿真模塊系統(tǒng)交互的工具。顯示設(shè)備5是常用的顯示裝置。參見圖2，仿真模塊3進(jìn)一步包括用來模擬要手術(shù)的組織的模型的手術(shù)組織模塊 31、用來便于演示手術(shù)過程的圖形指示模塊32、用來模擬手術(shù)切割的切割模塊34、交互模塊35、模擬器官變形的模塊33、觸覺反饋控制模塊36和碰撞處理模塊37。觸覺反饋控制模塊36集成了觸覺反饋設(shè)備的初始化、復(fù)位啟動(dòng)、停止、位置讀取、反饋力設(shè)置等功能。碰撞處理模塊37負(fù)責(zé)在手術(shù)切割操作中檢測虛擬手術(shù)刀與被切割的軟組織的碰撞、維護(hù)、修改當(dāng)前與手術(shù)刀相交的單元列表和記錄交點(diǎn)信息。切割模塊；34負(fù)責(zé)將手術(shù)刀掃過的單元分解為四面體單元。交互計(jì)算模塊35是用數(shù)值方法來求解軟組織變形的動(dòng)力學(xué)方程并更新軟組織模型的狀態(tài)。參見圖3，操作者大腦41命令操作者的手42進(jìn)行動(dòng)作，控制力反饋設(shè)備的操縱桿 43，同時(shí)，操縱桿43給力量反饋給操作者的手42，于是操作者的大腦41接收到觸覺反饋。再參見圖2，本發(fā)明的虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)的仿真模塊3在建立模塊是分以下步驟1、幾何建模通過對手術(shù)器官的模型進(jìn)行預(yù)處理、分割、三維重建等步驟得到STL三維模型數(shù)據(jù)。在利用3DMAX的導(dǎo)出功能把模型存儲(chǔ)為3DS格式。2、運(yùn)動(dòng)建模該建模時(shí)為了確定三維對象在坐標(biāo)中的位置以及它們在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)。3、物理建模首先，通過質(zhì)量-彈簧模型對變形器官進(jìn)行建模。其次，通過PHANTOM建立力反饋模型最后，通過運(yùn)動(dòng)軌跡建立碰撞檢測。在參見圖1、圖2、圖3，本發(fā)明的仿真模塊3建立了虛擬的手術(shù)仿真環(huán)境，通過力反饋模型模塊4使得操作者能實(shí)際模擬手術(shù)環(huán)境，在操作界面上實(shí)施力反饋仿真手術(shù)。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)，其特征在于它包括 一用于使用者直接操作的外圍設(shè)備；一與上述外圍設(shè)備相連意響應(yīng)用戶的操作的界面； 一顯示設(shè)備；一與上述界面相連的提供虛擬環(huán)境的仿真模塊；所屬仿真模塊有進(jìn)一步包括一用來模擬要手術(shù)的組織的模型的手術(shù)組織模塊；一用來便于演示手術(shù)過程的圖形指示模塊；一用來模擬手術(shù)切割的切割模塊；一交互計(jì)算模塊；以及一模擬器官變形的模塊；以及一使用戶與上述虛擬仿真模塊交互的力反饋模型模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)，其特征在于所述仿真模塊還包括觸覺反饋控制模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)，其特征在于所述仿真模塊還包括碰撞處理模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)，它包括一用于使用者直接操作的外圍設(shè)備；一與上述外圍設(shè)備相連意響應(yīng)用戶的操作的界面；一顯示設(shè)備；一與上述界面相連的提供虛擬環(huán)境的仿真模塊；以及一使用戶與上述虛擬仿真模塊交互的力反饋模型模塊。本發(fā)明提供的帶有力反饋的內(nèi)鏡虛擬手術(shù)系統(tǒng)由于采用了支持力反饋的模塊，使使用者有了觸覺反饋，具有手術(shù)的觸覺交互，同時(shí)通過模擬器官變形的模塊，使得整個(gè)虛擬手術(shù)的虛擬環(huán)境更加逼真，更適合外科手術(shù)的研究、教學(xué)和培訓(xùn)。
文檔編號(hào)G09B23/28GK102568288SQ201010609869
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者于福東, 趙中辛 申請人:于福東