虚拟手术

摘要： 目的探讨混合现实技术定位穿支血管及辅助穿支血管解剖在制取股前外侧皮瓣的临床应用价值。方法收集南充市中心医院口腔颌面外科2020年1月至2021年1月6例口腔颌面部肿瘤切除后需行股前外侧皮瓣修复患者,术前将携带校准点的患者双下肢CT血管成像数据导入数据工作站,对双下肢穿支血管及其周围组织进行三维重建,并将重建结果导入Microsoft Hololens 2眼镜。术中通过术区校准点进行校准,使术前重建结果借助Microsoft Hololens 2眼镜重合投射在术区,从术前是否重建出穿支血管、穿支血管实际走行是否符合重建结果、穿支点实际位置与术前重建结果偏差是否在1 cm内、是否发生穿支血管损伤等方面分析混合现实技术辅助股前外侧穿支皮瓣穿支血管定位解剖的临床应用价值,并记录取瓣所需时间、术中所需校准时间。结果6例患者均在术前顺利重建出穿支血管位置及走行,术中穿支血管实际走行均符合重建结果,穿支点实际位置与术前重建结果偏差均在1 cm内,符合股前外侧皮瓣实际制备要求,所有病例均无穿支血管损伤发生;平均制取皮瓣时间为(70.50±7.20)min;平均校准时间为(13.33±5.50)min;术后皮瓣均存活。结论混合现实技术将股前外侧穿支血管重建结果直接投射在术区,为辅助定位及解剖股前外侧皮瓣穿支血管提供一种新方法,减少了损伤穿支血管的可能性。

摘要： 目的探讨混合现实技术定位穿支血管及辅助穿支血管解剖在制取股前外侧皮瓣的临床应用价值。方法收集南充市中心医院口腔颌面外科2020年1月至2021年1月6例口腔颌面部肿瘤切除后需行股前外侧皮瓣修复患者,术前将携带校准点的患者双下肢CT血管成像数据导入数据工作站,对双下肢穿支血管及其周围组织进行三维重建,并将重建结果导入Microsoft Hololens 2眼镜。术中通过术区校准点进行校准,使术前重建结果借助Microsoft Hololens 2眼镜重合投射在术区,从术前是否重建出穿支血管、穿支血管实际走行是否符合重建结果、穿支点实际位置与术前重建结果偏差是否在1 cm内、是否发生穿支血管损伤等方面分析混合现实技术辅助股前外侧穿支皮瓣穿支血管定位解剖的临床应用价值,并记录取瓣所需时间、术中所需校准时间。结果6例患者均在术前顺利重建出穿支血管位置及走行,术中穿支血管实际走行均符合重建结果,穿支点实际位置与术前重建结果偏差均在1 cm内,符合股前外侧皮瓣实际制备要求,所有病例均无穿支血管损伤发生;平均制取皮瓣时间为(70.50±7.20)min;平均校准时间为(13.33±5.50)min;术后皮瓣均存活。结论混合现实技术将股前外侧穿支血管重建结果直接投射在术区,为辅助定位及解剖股前外侧皮瓣穿支血管提供一种新方法,减少了损伤穿支血管的可能性。

摘要： CHAI3D具有强大的力觉渲染能力,但相关应用并不广泛,为此,在CHAI3D平台下搭建虚拟手术场景,导入手术台及人体的3ds文件,通过属性设置、纹理贴图、视角变换增强系统的视觉表现;详细给出CHAI3D平台下虚拟手术场景设计的具体流程及其在虚拟训练系统中的力觉渲染优势;最后呈现了不同视角下的虚拟手术训练系统实例。关键程序段及训练系统实例充分体现了CHAI3D在虚拟现实场景创建及人机交互方面的便利性与高效性,为初学者快速入门提供了参考。

摘要： 目的:针对手术仿真系统中器械与软组织交互临场感欠佳的问题,基于肝脏物理模型进行虚拟手术交互仿真研究。方法:基于Geomagic touch主手搭建一套虚拟手术仿真系统。首先,在建立虚拟手术机械臂和肝脏几何模型基础上,以Geomagic touch作为主从系统的主手,基于设计的主从映射策略实现主从交互运动。其次,通过对肝脏组织样本的有限元仿真,获取加载位移与力学响应曲线。在ADAMS软件中建立以Kelvin模型为基本单元的离散单元组合模型,通过组合模型与有限元模型的力学响应对比得到离散单元参数,并将其作为虚拟肝脏组织的物理模型参数。最后,对手术机械臂的主从运动和虚拟手术仿真系统中虚拟微器械与软组织的交互操作进行仿真。结果:搭建的虚拟手术仿真系统能够模拟手术过程中的主从运动、手术微器械与软组织的交互操作。结论:搭建的虚拟手术仿真系统可用于医生进行机器人辅助手术操作训练,具有潜在的临床价值。

摘要： 微血管化骨组织移植是颌骨肿瘤切除后颌骨重建的一个重要里程碑。传统游离骨肌皮瓣移植虽然即刻重建了颌骨,但需要6~18个月后才能完成牙列修复。牙列缺损严重影响了患者的生活质量,并给患者造成较大的心理负担。随着"4P"医学时代的到来,对于手术的可预测性和个体化提出了更高的要求。颌骨与牙列同日重建(jaw-in-a-day)是目前完整颌骨重建的最高水平,能够满足上述要求,即在虚拟手术与计算机辅助设计和计算机辅助制造(computer aided design/computer aided manufacture,CAD/CAM)的支持下同期完成颌骨肿瘤切除、血管化骨肌皮瓣游离移植、牙种植体植入及临时义齿修复。颌骨与牙列同日重建即刻重建了患者颌面部的形态与功能,体现了"以咬合为导向的修复重建"的理念;但其围手术期管理与手术流程、手术技巧与故障排除等亟待完善。

摘要： 软组织建模是虚拟手术(surgery simulation)系统研究的关键技术之一。虚拟手术是虚拟仿真(virtual reality,VR)技术发展的一个重要研究方向。软组织建模的质量会直接影响到虚拟手术系统中视觉反馈、触觉反馈的真实性与实时性。通过分析生物软组织力学特性,深入探讨虚拟手术软组织建模的难点,总结软组织建模方法,并对未来建立更好的真实性、实时性、稳定性的生物软组织模型的研究进行了展望。

摘要： 目的:利用三维虚拟技术构建新的骨折分类,并验证该骨折分类是否优于二维图片。方法:根据四名志愿者的三维CT扫描骨骼三维图像,建立三维立体骨折分类。招募100名观察员,随机分为两组,每组50人,一组观察二维CT扫描,另一组观察三维数字化模型。使用Kappa值来确定组间一致性。结果:与使用二维CT扫描(K=0.37,95%CI:0.35,0.39)相比,使用三维数字模型(K=0.49,95%CI:0.45,0.54)在骨折分类和治疗方案的选择具有更好的一致性(P<0.001)。结论:本研究构建的三维数字化骨折分类模型比一般的二维CT图片在骨折分类和治疗方案的选择上具有更高的内部一致性。

摘要： 目的搭建基于混合现实(MR)及红外光学定位的手术导航系统,并评估其在颅颌面创伤骨整复中的临床适用性。方法集成基于MR技术和光学定位追踪的软硬件系统,并完善系统工作流程;通过3D打印头颅模型实验,分析该系统的系统误差、目标配准误差和截骨应用误差;进一步通过颧上颌骨复合体(ZMC)复位的模型实验和额骨缺损修复的初步临床应用,探讨该系统的适用性。结果本MR手术导航系统的系统误差为(1.23±0.52)mm,目标配准误差为(2.83±1.18)mm,截骨应用误差为(3.13±1.66)mm;ZMC模型虚拟手术规划流畅,复位顺利;本系统引导下的额骨缺损修复重建手术过程顺利,重建效果满意。结论本研究搭建的MR手术导航系统具有虚实融合效果佳、动态导航稳定性好的优点,其在颅颌面外科的医患沟通、医学教育、术前规划和术中导航等各方面都具有应用潜力。

摘要： 针对侧脑室训练模型缺乏的问题,提出一种适用于侧脑室穿刺术的虚拟手术培训系统.将软组织与穿刺针交互过程产生的力分为3种,以模拟穿刺力的层次感,从而极大程度上还原穿刺手感.特别地,在形变力分析中构建软组织形变模型,并提出形变模型参数的转化方法.在3种力的基础上,提出穿刺力的力反馈计算模型,结合力反馈设备将其应用于侧脑室穿刺术中.选猪脑组织进行穿刺力实验,结果表明,猪脑穿刺的穿刺力与虚拟穿刺穿刺力间的最大差值为17.25 mN(<20 mN),力的两次突变以及变化趋势具有较高的一致性,能够最大程度上接近真实手术手感.

摘要： 由于在虚拟手术中具有复杂生物力学特性的肝脏等软组织在进行形变仿真时,具有计算量大和实时性的要求,同时要满足变形逼真、手感真实等因素.本文采用基于位置的动力学实现了软组织与手术器械之间的交互作用所引起的变形模拟,提出一种混合层次包围盒树的碰撞检测方法,并利用力反馈设备搭建虚拟手术仿真系统.通过实验结果表明,本系统能实时、高效、稳定地模拟软组织的变形仿真效果.

摘要： 腹腔镜虚拟手术是最为常见的一种虚拟手术.该领域目前大部分研究仅限于仿真可视化阶段,为了使实习医生的模拟训练更加贴近现实,选用机械手设备作为人机交互的接口非常有必要.本文根据腹腔镜虚拟手术系统的特点,提出机械手设计原则,经过尺寸计算和空间结构布局,自主设计了一套五自由度的正交构型机械手设备.机械手通过采集传感器捕获操作者的空间运动信息,传递给虚拟手术系统,实现了人机交互来控制虚拟手术流程的功能,符合人体工程学,能够满足腹腔镜虚拟手术系统中对手术器械实时操作的要求.该设备具有可扩展性、实时性和易操作等优点,可以适用于多种腹腔镜虚拟手术场景.

摘要： 基于政策和人道主义考虑,我国专利法将涉及疾病的治疗方法尤其是以治疗为目的的外科手术方法排除在专利法的保护之外.但是,随着科技的进步,医疗技术领域出现了包括虚拟手术、虚拟手术规划、虚拟手术导航等一批新的医疗方法,在审查实践中判断这些新的主题是否属于疾病治疗方法成为当前医疗领域审查工作中的一个难点.本文结合实际案例,针对专利法意义上的疾病治疗方法进行了剖析,进而对虚拟手术及其规划方法的是否归为我国专利法的保护客体进行了探讨.

摘要： 缝合是虚拟手术中不可缺少的一个环节.针对缝合过程中软组织与缝合线交互实现困难的问题,提出一种新的缝合模拟方法.首先,采用质点弹簧模型对缝合线和软组织建模,在软组织质点间引入内摩擦力系数,保证软组织形变更加真实;其次,在提升软组织和缝合线的交互过程更加真实方面,对产生交互的软组织结点和缝合线结点进行受力分析,以决定缝合线是否发生滑动;然后,为更好地保持缝合线的刚体特征,采用跟踪头结点算法计算缝合线的新位置;最后,考虑到多次缝合时软组织形变相互影响,利用已缝合结点的对应缝合点计算两个软组织的形变.实验表明:所做工作有效提高了软组织形变和缝合线运动真实感,同时保证了模拟过程的实时性.

摘要： 对上颌骨以及下颌骨重建的目标进行了阐述，同时对虚拟手术的概念以及操作方法进行了阐述，并提出应用虚拟手术辅助领骨重建，能够起到简化手术和精确重建的作用，但缺点是费用较高，当术中情况与术前计划不符时，需要术者进行有效的调整，但调整的难度较大。如果将虚拟手术与术中导航技术相结合，可以更精确地重建领骨缺损。

摘要： 文中首先介绍并分析了现在的实时虚拟手术系统中软组织的形变仿真的相关技术及存在的问题,并引入物理引擎来解决模型仿真的真实度与计算的实时性之间的矛盾.在文中设计的基于PhysX物理引擎的实时软组织形变模块中,使用一种四面体网格生成算法来生成能够描述软组织细节的有限元模型,用线性粘弹性模型(Kelvin模型)来代替简单的线弹性模型,构造出粘弹性有限元模型,提高了虚拟手术的仿真度,并可以支持实时交互.进一步地,引入光滑质点流体动力学来模拟血液,实现软组织与血液等流体的实时交互.

摘要： 近年来,手术仿真领域中交互式生物力学仿真技术取得了显著的进步,但仍存在一些问题亟需解决.例如,大形变情况下的软组织形变模型,碰撞检测以及体积守恒等.因此提出了一种简单有效的计算框架来解决这些问题.为了更好地在计算机上重现人体器官的力学性质,采用基于点的方法来模拟大变形下的弹性固体,并且通过引入基于位置的方法模拟手术场景中复杂交互,摩擦过程和体积守恒,较大程度的提高了虚拟手术场景中复杂交互的实时性及稳定性.该方法经过多种基准问题的验证,实验结果表明该计算框架在视觉效果以及稳定性方面的有效性.此外,该变形计算模型可较好的扩展应用于交互式穿刺和剪切仿真中.

摘要： 目的：探讨数字骨科学理论及在创伤骨科的应用。方法：数字解剖学研究：应用虚拟中国人数据集、明胶一氧化铅混悬液灌注的新鲜成人标本连续CT扫描图像及健康成人血管造影CT扫描图像对颈椎、腰椎、骨盆、臂丛、腰骶丛、背阔肌肌皮瓣、股前外侧皮瓣、带血管腓骨瓣和足背动脉皮瓣结构进行计算机三维重建并立体显示。数字骨科手术设计、骨折三维分类与应用：选取典型骨折、脱位等病例CT扫描图像，三维重建立体显示骨折情况并进行骨科分型，应用逆向工程技术模拟骨折复位、虚拟固定，同时快速成形技术生成个性化手术固定导航模板，应用于临床，验证结果。 骨科虚拟仿真：选取典型股骨髁上骨折病例，通过计算机三维重建骨折情况，利用UnigraphicsNX软件的装配模块进行虚拟手术操作模拟LISS手术和逆行髓内钉手术。结果:重建的数字化模型课准确反映各自的解剖学结构特点；快速成形导航模板有较好的匹配性，具有操作易行、可靠的特点。虚拟手术能够体现真实的手术固定过程。结论：重建的图像可以提供骨关竹正常三维动态解剖，为临床教学、术前皮瓣设计、骨折程度判定、骨折分类及手术方式的选择提供了更多的解剖学依据，为“数字骨科学”概念的建立奠定了良好的基础；快速成形个性化导航模板具有较好的临床使用价值；虚拟手术的一般流程，为进一步的其他骨科病种虚拟手术以及临床应用研究打下了基础。

摘要： 由于肝脏解剖结构复杂，内部有Glisson鞘系统(包括肝动脉、门静脉和胆管)和肝静脉系统，肝脏移植手术的风险极高。如何减少由于血管的复杂性和变异性引起的手术大出血，如何保证肝脏移植供、受体的匹配性，是肝移植手术成功的关键之一。本文在虚拟中国人女性一号肝脏图像和肝脏管道灌注图像三维重建和虚拟手术的研究基础上，进行了病人64排螺旋C丁扫描数据的可视化原位肝移植手术的初步研究，探讨虚拟外科技术在肝脏移植外科中的意义。

摘要： 由于肝脏解剖结构复杂，内部有Glisson鞘系统(包括肝动脉、门静脉和胆管)和肝静脉系统，肝脏移植手术的风险极高。如何减少由于血管的复杂性和变异性引起的手术大出血，如何保证肝脏移植供、受体的匹配性，是肝移植手术成功的关键之一。本文在虚拟中国人女性一号肝脏图像和肝脏管道灌注图像二维重建和虚拟手术的研究基础上，进行了病人64排螺旋CT扫描数据的可视化活体部分肝移植手术的初步研究，探讨三维可视化及虚拟手术技术在肝脏移植外科中的意义。

摘要： 由于肝脏解剖结构复杂，内部有Glisson鞘系统〔包括肝动脉、门静脉和胆竹)和肝静脉系统，肝脏移植手术的风险极高。如何减少由于血管的复杂性和变异性引起的手术大出血，如何保证肝脏移植供、受体的匹配性，是肝移植手术成功的关键之一。本文在虚拟中国人女性一号肝脏图像和肝脏管道灌注图像三维重建和虚拟手术的研究基础上，进行了病人64才作螺旋CT扫描数据的可视化原位肝移植手术的初步研究，探讨虚拟外科技术在肝脏移植外科中的意义。

摘要： 本发明属于微创手术技术领域，公开了一种微创心脏外科手术的术前规划及手术虚拟现实模拟系统。设置有模拟器外壳；模拟器外壳正面设置有模拟器显示屏；模拟器显示屏下方设置有控制台，控制台上方设置有规划系统开关以及手术模拟开关；开关下方设置有控制键盘；控制键盘右侧设置有触摸板；触摸板上方设置有开机显示灯；模拟器外壳右侧设置有电源接口。本发明的新型微创心脏外科手术的术前规划及手术虚拟现实模拟系统设置有控制台以及显示器，可以通过内部系统进行模拟实验，提高手术成功率；并且该试验机设置有两个独立的系统，分别有规划系统开关、手术模拟开关管控，互不影响。

摘要： 本发明公开了一种微创心脏外科手术的术前规划及手术虚拟现实模拟方法，包括：使用eFilm Workstation医学图像处理软件对来自CT或MRI的数据进行预处理，建立正常的影像坐标系将CT、MRI、PET扫描的医学影像导入计算机；将获得的二维医学影像，在三维空间上重建出立体的三维图像；将二维体素级别医学影像导入Unity3D引擎中，由计算机进行二维图像至三维图像转换，生成实时动态的三维立体图像；使用unity3D引擎构建手术规划及模拟手术的平台，将虚拟现实化的病人数据输入，对错误或有风险的操作步骤进行警告提醒，同时在术后对医生的模拟手术效果评估；本发明能够在术前通过虚拟现实环境进行详细的术前规划及手术模拟。

摘要： 本发明公开了用于虚拟手术训练实现人机交互的手术钳接口装置，包括安装底座（1）以及安装底座（1）上设置的手术钳装置（6），其特征在于：所述安装底座（1）上还设置有多个主/被动混合驱动器以及连杆机构，手术钳装置（6）通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与安装底座（1）连接，本发明利用主动驱动器补偿被动力触觉交互设备的非有益综合阻尼力是一个较好的解决方案，而且有效地解决了被动力触觉交互装置无法模拟储能元件问题。

摘要： 本发明公开了一种用于虚拟手术训练实现人机交互的手术刀接口装置，包括安装底座（1）以及安装底座（1）上设置的手术刀装置（14），所述安装底座（1）上还设置有多个主/被动混合驱动器以及连杆，手术刀装置（14）通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与安装底座（1）连接。本发明的目的是提供一种保真度高、能够模拟手术过程中对肌体组织切割、针刺等现象实现虚拟手术训练中人机交互的手术刀接口装置，本发明利用主动驱动器补偿被动力觉交互设备的非有益综合阻尼力是一个较好的解决方案，而且有效地解决了被动力觉交互装置无法模拟储能元件问题。

摘要： 本发明公开了用于虚拟手术训练实现人机交互的手术钳接口装置，包括安装底座（1）以及安装底座（1）上设置的手术钳装置（6），其特征在于：所述安装底座（1）上还设置有多个主/被动混合驱动器以及连杆机构，手术钳装置（6）通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与安装底座（1）连接，本发明利用主动驱动器补偿被动力触觉交互设备的非有益综合阻尼力是一个较好的解决方案，而且有效地解决了被动力触觉交互装置无法模拟储能元件问题。

摘要： 本发明公开了一种用于虚拟手术训练实现人机交互的手术刀接口装置，包括安装底座（1）以及安装底座（1）上设置的手术刀装置（14），所述安装底座（1）上还设置有多个主/被动混合驱动器以及连杆，手术刀装置（14）通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与安装底座（1）连接。本发明的目的是提供一种保真度高、能够模拟手术过程中对肌体组织切割、针刺等现象实现虚拟手术训练中人机交互的手术刀接口装置，本发明利用主动驱动器补偿被动力觉交互设备的非有益综合阻尼力是一个较好的解决方案，而且有效地解决了被动力觉交互装置无法模拟储能元件问题。

摘要： 本实用新型提供了一种基于虚拟手术的软骨模型手术训练装置，包括机箱、反馈机构和处理机构，所述机箱一侧壁上设置有开关，所述开关下方设置有数据端口，所述机箱另一侧壁上设置有抽屉，所述机箱底端四角处安装有底座，所述机箱上设置有所述反馈机构，所述机箱内一侧壁上设置有通讯模块。本实用新型通过设置反馈机构、显示器、触控板微型振动马达、微处理器和AI芯片，以达到对软骨模型建模计算、仿真分析和模拟训练的作用，使得使用者更好的进行模拟手术训练，从而提高了训练装置的使用效果，从而提高了信息管理平台使用时的安全性。

摘要： 本实用新型涉及虚拟现实仿真技术领域，公开一种用于虚拟手术系统的手术人体触觉模拟装置，包括操作台、仿真人体以及拟真手术器械与虚拟影像显示装置。操作台包括操作台面和升降台，仿真人体设置在操作台面上；拟真手术器械可在仿真人体上进行模拟手术操作，采用钝化的手术器械，并设置有用以感应拟真手术器械位置信息的位置定位器；仿真人体内设置有多个相互独立的容纳腔，每个容纳腔具有一填充口，填充口通过一抽放装置连接至一装载有弹性填充物的物料库；所述抽放装置被设置成用于控制将弹性填充物移入/移出容纳腔；所述虚拟影像显示装置被设置成以头戴式显示方式，佩戴在操作者头部，用以供查看虚拟现实影像或者图片。

摘要： 本实用新型公开了一种用于虚拟手术训练实现人机交互的手术刀接口装置，包括安装底座（1）以及安装底座（1）上设置的手术刀装置（14），所述安装底座（1）上还设置有多个主/被动混合驱动器以及连杆，手术刀装置（14）通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与安装底座（1）连接。本实用新型的目的是提供一种保真度高、能够模拟手术过程中对肌体组织切割、针刺等现象实现虚拟手术训练中人机交互的手术刀接口装置，本实用新型利用主动驱动器补偿被动力觉交互设备的非有益综合阻尼力是一个较好的解决方案，而且有效地解决了被动力觉交互装置无法模拟储能元件问题。

摘要： 本实用新型公开了用于虚拟手术训练实现人机交互的手术钳接口装置，包括安装底座（1）以及安装底座（1）上设置的手术钳装置（6），其特征在于：所述安装底座（1）上还设置有多个主/被动混合驱动器以及连杆机构，手术钳装置（6）通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与安装底座（1）连接，本实用新型利用主动驱动器补偿被动力触觉交互设备的非有益综合阻尼力是一个较好的解决方案，而且有效地解决了被动力触觉交互装置无法模拟储能元件问题。