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脑部穿刺引流手术虚拟平台研究

杨贞祥  
【摘要】:信息技术所引起的科技变革还在向纵深发展,计算机技术在生命科学界的应用亦然。面对现有的手术训练手段收效有限,训练代价高昂,资源稀缺,手术规划困难,手术中信息难以收集等情况,传统手段举步维艰,虚拟手术则游刃有余。尤其是在近年来的微创盲视手术中,虚拟手术更是大展宏图。它能让用户在逼真的三维场景中进行交互,又能通过触觉反馈感受到现实中进行手术一样的感觉。操作便捷,图形逼真,又不用担心现实中动物活体实验所引起的道德问题,并且在虚拟环境中可以实现可重复多次操作,虚拟手术错误代价和重做代价微小。虚拟手术的研究正在成为越来越多的研究者想要有所建树的主攻点。 本文搭建了一个脑部穿刺引流手术虚拟训练平台,实现了穿刺介入点选取,实施穿刺训练,手术路径规划,术后评估等一系列功能。通过多组织触觉模型,在脑实质穿刺,穿破侧脑室膜,以及进入脑室的过程中提供不同的力感,能够明显感觉到刺破侧脑室膜的“突破”力感。通过实时绘制在术前规划好的理想路径和操作中的实际手术路径在三维空间中的位置,使得盲视手术可视化。针对脑穿刺手术风险性高,脑部神经密集的特点,系统实现了脑部功能区以及脑部结构区的提取,实时提取手术路径上的脑部功能区以及结构区,并将实际手术路径轨迹在任意切片上进行投影,手术路径规划有据可依。 系统的触觉操作中,使用六自由度输入,三自由度输出的OMIN力反馈设备,力感真是而稳定,接口编程简单而高效,比以往的训练平台大大降低了系统造价,提高了训练效果。


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