本文選題：虛擬手術　切入點：人機交互　出處：《華中科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著外科手術水平的發(fā)展,傳統(tǒng)的臨床教學模式已經難以達到教學實踐的目的。虛擬手術因為無創(chuàng)傷、可重復和低成本等優(yōu)點,很快成為了研究熱點。腹腔鏡虛擬手術是最為常見的一種虛擬手術。該領域目前大部分研究僅限于仿真可視化階段,由于缺少人機交互接口,導致醫(yī)生使用時效果跟臨床環(huán)境差別很大。在開發(fā)腹腔鏡虛擬手術系統(tǒng)的過程中,為了使實習醫(yī)生的模擬訓練更加貼近現(xiàn)實,選用機械手設備作為人機交互的接口非常有必要。在臨床中,腹腔鏡手術器械的操作是一種繞固定點作自旋、伸縮、角度開合和四個方向轉動的受限制運動。本文根據腹腔鏡虛擬手術系統(tǒng)的特點,提出機械手設計原則,經過尺寸計算和空間結構布局,自主設計了一套五自由度的正交構型機械手設備。該設備支持伸縮、旋轉、左右轉動、上下轉動和角度開合五個自由度的操作,各自由度采用正交構型設計,符合醫(yī)生的操作方式,避免了用于虛擬手術系統(tǒng)時復雜的坐標轉換。根據手術過程中選擇手術器械及其它快捷鍵的需求設計了按鍵面板,并依據實際臨床情況加入了腳踏板作為按鍵面板的補充。機械手通過采集傳感器捕獲操作者的空間運動信息,傳遞給虛擬手術系統(tǒng)。虛擬手術系統(tǒng)根據采集到的五個自由度的電壓幅值與機械位移量的對應關系,完成了姿態(tài)信息從機械手到虛擬器械的轉換過程,實現(xiàn)了通過機械手控制虛擬器械的目的,滿足了腹腔鏡虛擬手術系統(tǒng)對機械手人機交互功能的需求。本機械手實現(xiàn)了人機交互來控制虛擬手術流程的功能,符合人體工程學,能夠滿足腹腔鏡虛擬手術系統(tǒng)中對手術器械實時操作的要求。該設備具有可擴展性、實時性和易操作等優(yōu)點,可以適用于多種腹腔鏡虛擬手術場景。
[Abstract]:With the development of surgical operation, the traditional clinical teaching model has been difficult to achieve the purpose of teaching practice. Virtual surgery has the advantages of non-invasive, repeatable and low-cost, etc. Laparoscopic virtual surgery is one of the most common virtual surgery. At present, most of the research in this field is limited to the stage of simulation visualization, due to the lack of human-computer interface, In the process of developing the laparoscopic virtual surgery system, in order to make the simulated training of the intern more realistic, It is very necessary to select manipulator as the interface of man-machine interaction. In clinic, the operation of laparoscopic surgical instrument is a kind of spin, expansion and expansion around the fixed point. According to the characteristics of the laparoscopic virtual surgery system, the design principle of manipulator is put forward, which is based on dimension calculation and spatial structure layout. A set of orthogonal manipulator with five degrees of freedom is designed independently. The equipment supports the operation of five degrees of freedom, such as expansion, rotation, left and right rotation, up and down rotation and angle opening and closing. Each degree of freedom is designed by orthogonal configuration. According to the doctor's mode of operation and avoiding the complicated coordinate transformation used in the virtual surgery system, the key panel is designed according to the requirements of selecting surgical instruments and other shortcut keys during the operation. According to the actual clinical situation, the pedals are added as a supplement to the keystroke panel. The manipulator captures the spatial motion information of the operator by the sensor. According to the relationship between the voltage amplitude of the five degrees of freedom collected and the mechanical displacement, the virtual surgery system completed the process of attitude information conversion from manipulator to virtual instrument. The purpose of controlling virtual instrument by manipulator is realized, and the need of human-computer interaction of manipulator in laparoscopic virtual surgery system is satisfied. This manipulator realizes the function of human-computer interaction to control virtual operation flow, which is in accordance with ergonomics. It can meet the requirements of real-time operation of surgical instruments in the laparoscopic virtual surgery system, which has the advantages of scalability, real-time and easy to operate, and can be used in many kinds of laparoscopic virtual surgery scenarios.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R612;TH789

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本文編號：1568960