本文選題：虛擬現(xiàn)實技術(shù) + 數(shù)據(jù)手套�。� 參考：《天津理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：腦血管疾病現(xiàn)在已經(jīng)嚴(yán)重威脅著人們的健康。血管介入手術(shù)因為其創(chuàng)傷小,恢復(fù)快和效果好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。該手術(shù)是在病人的股靜脈處穿刺,將手術(shù)導(dǎo)管送達病變位置,同時,醫(yī)生在手術(shù)過程中通過X射線顯影技術(shù)產(chǎn)生的圖像進行指引。但是,介入手術(shù)時間比較長,醫(yī)生容易產(chǎn)生疲勞感和生理顫抖,影響手術(shù)的安全性。在傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)中,醫(yī)生必須有豐富的經(jīng)驗來精確地操作導(dǎo)管以保證手術(shù)的安全。通過采用虛擬現(xiàn)實(VR,Virtual Reality)技術(shù)的血管介入手術(shù)醫(yī)生訓(xùn)練系統(tǒng),能夠有效的解決這些問題。為了提高醫(yī)生的手術(shù)技巧,我們提出了一種基于觸覺臨場感的血管介入手術(shù)醫(yī)生訓(xùn)練系統(tǒng)。針對顯影技術(shù)產(chǎn)生的二維圖像在操作過程中辨認(rèn)不精確的問題,本文建立了虛擬現(xiàn)實環(huán)境,能夠允許醫(yī)生直觀的觀察手術(shù)過程中的導(dǎo)管的運作,使醫(yī)生在手術(shù)中積累的經(jīng)驗和技巧得以充分的利用。通過建立的高精度模型的碰撞檢測來判斷醫(yī)生的下一步操作,防止刺穿血管,使血管介入手術(shù)更安全可靠。醫(yī)生在手術(shù)時推進導(dǎo)管會有慣性,而且手術(shù)疲勞也會導(dǎo)致導(dǎo)管沒有按期操作,本文在建立了力反饋模型的同時加入了力反饋數(shù)據(jù)手套(CyberGlove)來實現(xiàn)力反饋。醫(yī)生在手術(shù)時,虛擬環(huán)境中的導(dǎo)管模型會對醫(yī)生操作的導(dǎo)管進行實時跟蹤,當(dāng)導(dǎo)管模型與血管模型發(fā)生碰撞時,PC機會根據(jù)建立的力反饋模型計算出力反饋,并傳遞給力反饋數(shù)據(jù)手套使其震動。當(dāng)血管的形變量越大,意味著導(dǎo)管越有可能刺穿血管,相應(yīng)數(shù)據(jù)手套的震動頻率就越高。本文通過導(dǎo)管模型跟隨性實驗驗證了血管介入手術(shù)醫(yī)生訓(xùn)練系統(tǒng)中導(dǎo)管模型跟隨性,實驗表明導(dǎo)管模型能很好地完成對手術(shù)中醫(yī)生操作導(dǎo)管的跟蹤,當(dāng)導(dǎo)管進行軸向位移操作時,最大誤差為1mm,平均誤差在0.4mm左右,誤差值相對來說已經(jīng)比較小。當(dāng)導(dǎo)管進行徑向旋轉(zhuǎn)操作時,旋轉(zhuǎn)角度的最大誤差為1°,平均誤差在0.5°左右,滿足醫(yī)生訓(xùn)練系統(tǒng)的要求。論文的最后進行了力反饋實驗,實驗結(jié)果證明系統(tǒng)能逼真地模擬醫(yī)生手術(shù)訓(xùn)練過程,當(dāng)導(dǎo)管和血管模型發(fā)生碰撞時,CyberGlove能立即震動,并且當(dāng)血管最大形變量給定為0.5mm時,力反饋為0.619N。
[Abstract]:Cerebrovascular disease is now a serious threat to people's health. Vascular interventional surgery is widely used because of its advantages of small trauma, quick recovery and good effect. The procedure is to puncture the femoral vein of the patient and deliver the catheter to the location of the lesion. At the same time, the doctor uses X-ray imaging to guide the operation. However, the interventional operation takes a long time, and doctors are prone to fatigue and physiological tremors, affecting the safety of the operation. In the traditional minimally invasive surgery, doctors must have rich experience to accurately operate the catheter to ensure the safety of the operation. These problems can be effectively solved by using the virtual reality (VR) technique to train the doctors in vascular interventional surgery. In order to improve the surgical skills of doctors, we proposed a doctor training system for vascular interventional surgery based on tactile preset. In view of the problem of inaccurate identification of two-dimensional images produced by the development technology, a virtual reality environment is established, which allows doctors to observe the operation of catheters during operation intuitively. Make full use of the experience and skill accumulated by the doctor during the operation. Through the collision detection of the established high precision model to judge the doctor's next operation, prevent the puncture of blood vessel, make the vascular interventional operation safer and more reliable. Doctors will have inertia to push the catheter during operation, and surgical fatigue will cause the catheter not to operate on time. In this paper, the force feedback model is established and the force feedback data glove CyberGlove is added to realize force feedback. During surgery, the catheter model in the virtual environment will track the catheter operated by the doctor in real time. When the catheter model collides with the vascular model, PC will calculate the force feedback according to the established force feedback model. And the transmission of force feedback data gloves to make it vibrate. The larger the blood vessel deformation, the more likely the catheter will puncture the vessel, and the higher the frequency of vibration of the data glove. In this paper, the following characteristics of catheter model in the doctor training system of vascular interventional surgery are verified by the following experiment of catheter model. The experiment shows that the catheter model can complete the tracking of the doctor's operation of the catheter during the operation. The maximum error is 1 mm, the average error is about 0.4mm, and the error is relatively small. The maximum error of rotation angle is 1 擄and the average error is about 0.5 擄when the catheter is rotated in radial direction, which meets the requirements of doctor training system. At the end of the paper, a force feedback experiment is carried out. The experimental results show that the system can simulate the doctor's operation training process vividly, when the vessel and vessel model collide, the CyberGlove can vibrate immediately, and when the maximum vessel shape variable is given as 0.5mm, The force feedback is 0.619 N.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R654;TP391.9

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本文編號：1957321