血管介入手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)幫助醫(yī)生學(xué)員快速、高效、低成本地掌握血管介入手術(shù)技能的訓(xùn)練系統(tǒng)。由于國外商業(yè)產(chǎn)品存在較高技術(shù)壁壘且我國對本課題的研究起步較晚,導(dǎo)致系統(tǒng)存在血管形變仿真缺失、力反饋計算方法簡單等諸多不足。針對這些問題研發(fā)了一套血管介入手術(shù)虛擬訓(xùn)練系統(tǒng),實現(xiàn)了系統(tǒng)的血管與導(dǎo)絲柔性形變、血管碰撞檢測、力反饋計算與導(dǎo)絲運動控制等功能。分別基于張量有限元和桿單元有限元構(gòu)建了血管和導(dǎo)絲的物理模擬模型;研究了血管與導(dǎo)絲模型的碰撞檢測方法;通過導(dǎo)絲前端碰撞模型與血管壁碰撞模型間的接觸面積構(gòu)造非線性力學(xué)方程,提出了非線性力反饋計算方法。實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)中血管張量有限元物理模型具有良好的柔性形變效果,為系統(tǒng)提供了較好的視覺反饋信息;非線性力反饋計算方法更好的模擬了導(dǎo)絲與血管間作用力的特性;系統(tǒng)實現(xiàn)了手術(shù)訓(xùn)練功能,并具有良好的實時性。

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圖５系統(tǒng)組件連接與搭建使用ＭＩＭＩＣＳ軟件對頸動脈血管進(jìn)行三維重

碰撞過程中，當(dāng)法向量ｎ保持不變時，質(zhì)心與球心間的距離｜（Ｂ－Ｃ）·ｎ｜與接觸面積Ａ存在非線性變化關(guān)系，則反饋力Ｆ與小球存在非線性力學(xué)關(guān)系。該方法很好地模擬計算出導(dǎo)絲前端受力的關(guān)鍵信息。醫(yī)生通過感受導(dǎo)絲前端的力反饋控制導(dǎo)絲的運動方向、速度，可以提高系統(tǒng)中手術(shù)訓(xùn)練精確性。３實驗與分析....

圖７同一有限元三個不同點的應(yīng)力輸入與位移偏量

圖７同一有限元三個不同點的應(yīng)力輸入與位移偏量（ａ）導(dǎo)絲長方體碰撞模型（ｂ）導(dǎo)絲桿單元物理模型（ｃ）經(jīng)過視覺渲染的導(dǎo)絲幾何模型圖８導(dǎo)絲模型（ａ）導(dǎo)絲受切向力（ｂ）導(dǎo)絲受軸向力圖９導(dǎo)絲受力形變結(jié)果方法具有切向柔性形變與軸向不可伸展的特性。根據(jù)導(dǎo)絲不同節(jié)點數(shù)的變化，導(dǎo)絲形變時間的變化如....

圖９導(dǎo)絲受力形變結(jié)果（ａ）

圖７同一有限元三個不同點的應(yīng)力輸入與位移偏量（ａ）導(dǎo)絲長方體碰撞模型（ｂ）導(dǎo)絲桿單元物理模型（ｃ）經(jīng)過視覺渲染的導(dǎo)絲幾何模型圖８導(dǎo)絲模型（ａ）導(dǎo)絲受切向力（ｂ）導(dǎo)絲受軸向力圖９導(dǎo)絲受力形變結(jié)果方法具有切向柔性形變與軸向不可伸展的特性。根據(jù)導(dǎo)絲不同節(jié)點數(shù)的變化，導(dǎo)絲形變時間的變化如....

圖１１反饋力－時間

１４導(dǎo)絲２２０３．０１０．８２３．８３導(dǎo)絲３１０１．５６０．３９１．９５實驗結(jié)果證明導(dǎo)絲在２０個節(jié)點及以下具有較好的實時性。結(jié)點數(shù)為４０的導(dǎo)絲形變實時性較差。通過使用力反饋交互設(shè)備控制導(dǎo)絲介入血管，導(dǎo)絲模型與血管分叉模型的碰撞及形變結(jié)果如圖１０所示。圖１０表明，在手術(shù)室訓(xùn)練系統(tǒng)場....

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