虚拟手术训练力觉交互技术的现状与趋势.doc

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1、虚拟手术训练力觉交互技术的现状与趋势戴金桥I,俞阿龙I,孙红兵I,徐宝国2(1.淮阴师范学院物理与电子电气工程学院，江苏淮安223300；2.东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096)摘要:虚拟手术训练系统对于解决传统的手术训练存在的问题，提高临床手术的安全性和治愈率起着积极的作用。在介绍了目前虚拟手术训练系统发展现状的基础上，阐述了虚拟手术训练交互装置的研究进展，针对目前虚拟手术训练交互装蓋存在的问题，提出了建设性的解决方案，并分析了其发展趋势和应用前景。关键词：虚拟手术训练；力觉交互装置；智能材料；主/被动混合驱动中图分类号:TP24文

2、献标识码:ATheStatusandDevelopmentTrendofHapticTechnologyforVirtualSurgicalTrainingDAIJin-qiao1,YUA-long1,SUNHongbing1,XUBao-guo2(I.SchoolofPhysicalandElectronicandElectricalEngineering.HuaiyinNormalUniversity»Huaian223300,China;2.SchoolofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUn

3、iversity.Nanjing210096、China;)Abstract:Virtualsurgicaltrainingsystemsplayanactiveroleinsolvingtheproblemsbroughtbytraditionalsurgicaltrainingandenhancingtheoperationsecurityandthecurerate.Afterthecurrentstatusofthedevelopmentofvirtualsurgerytrainingsystemisintroduced,theresear

4、chprogressofinteractiondeviceforvirtualsurgicaltrainingishighlighted.Constructivesolutionsareputforwardtomakeupforthedeficienciesexistedinthecurrentofinteractiondevice,anditstrendsandprospectsareanalyzed.I随着科技的发展，人们对生命健康殆质的要求越来越髙,世界各国对医疗技术特别是外科手术的安全性提出更高的要求，统计数据表明，临床手术的失误80%是人

5、为失误引起的，所以手术训练对于年轻外科医生的成长极为重要，然而传统手术训练方式存在诸多问题⑴，为了解决传统于术训练方式的局限性，虚拟手术技术成为近年研究热点之一。随着机器人技术、计算机图形学、生物工程学和数学建模技术的高速发展，基于虚拟现实的媲拟手术训练系统为医护人员的手术训练提供了机会，也为传统手术训练所面临的一•系列问题提供了-•种具有潜力的解决方案。虚拟于•术训练过程中，医生通过力触觉设备对虚拟的器官进行手术，感觉好像他们处在真实的环境当中对真实的器官操作一样，虚拟手术不仅可以毫无限制的重复操作，而且可以根据需耍设置不同训练难度，让不同级别的

6、医疗人员反复训练，训练的收稿日期：基金项目：国家自然科学基金61104206作者简介：戴金桥(1973—),男，江苏涟水，汉，博士,讲师，主要研究方向为机器人力触觉、测控技术与智能系统。结果也可以保存起來方便以后的学习，训练所花的成本也非常低n同吋可以用来评估于术结果，包括完成手术时间、手术操作的精确度、动作的简洁性、人为失误的数量、手术路径的长度、患者的安全性、受训者个人满意程度等，通过这些基本参数的提高，可以保证手术成功和减低病人痛苦，提高手术成功率⑵。因为虚拟手术训练系统提供了种既安全又节省的训练方案并被实践证明行之有效，己得到世界各国越来越

7、多的关注。1虚拟手术训练交互技术的发展现状鉴于基于虚拟手术训练系统的重要意义，国内外各大研究机构广泛开展了这方面的研究。20I比纪80年代末，Delp和Rosen构建了I比界上第-个虚拟外科手术系统l3Jo1991年Satava完成了第一个腹部手术仿真系统。然而这些虚拟外科手术训练系统没有力触觉交互设备，操作者无法真实感受到虚拟于术过程中于-术器具与肌体组织的相互作用，直到1995年，Levy在虚拟手术系统中加入了简单的力反馈设备，这才是第一次真止意义上的虚拟于•术。1999年徳国的研究者研制了一个具有图像和力反馈的虚拟操作系统用于骨舲穿刺于术训练

8、⑷e2001年徳国Karlsmhe商用虚拟内窥镜于术训练装置研制成功，操作者通过操作帯有力触觉的机械于•模拟控制手术刀进行