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基于SOFA的颈静脉穿刺虚拟手术系统的初步构建
颈静脉穿刺在临床应用广泛,针对传统训练方法训练资源短缺且不易重复的缺点,本文利用虚拟现实平台构建了一个颈静脉穿刺的初步系统.我们对可能的虚拟现实平台进行了调研,选择了SOFA(Simulation Open Framework Architecture)作为我们的基础平台.利用仿真框架SOFA实现对虚拟手术场景的可视化模型、行为模型和碰撞模型的定义,并将人体头部和手术器械的面模型和体模型导入到虚拟手术场景中,实现了虚拟手术场景的创建,并利用SOFA实现了变形求解.通过构建这个初步系统,证明了利用SOFA构建颈静脉穿刺虚拟手术系统的可行性.
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虚拟手术系统支持下置入寰椎侧块螺钉的实验研究
目的:建立虚拟手术系统支持下经寰椎侧块内固定的标准体系及操作流程,探讨在其支持下置入寰椎侧块螺钉的可行性及准确性.方法:选取8例成年无破损和畸形的寰椎(C1)防腐头颈标本,CT扫描后,数据导入虚拟手术系统进行三维重建和螺旋CT多平面重建(MPR),测量寰椎侧块数据；选择侧块与后弓根部下方交界区和横突孔的内侧缘与寰椎后弓内侧壁中点为进钉点,分别测量横突孔的内侧缘与寰椎后弓内侧壁的距离(L1),进钉点与侧块前缘高点的距离(L2),进钉点与侧块前缘的垂直距离(L3),进钉点的垂线与寰椎侧块上缘切线的角度(α),进钉点垂线与横突孔内侧缘切线的角度(β),进钉点垂线与侧块内侧缘切线的角度(γ),并计算内斜角度[δ=(β+γ)/2-β].左右两侧均测量3次,取其均值,进行统计学分析.根据虚拟手术系统测量结果,在标本上模拟手术置入寰椎侧块螺钉,然后虚拟手术系统进行重建,测量置钉准确性.结果:建立了虚拟手术系统手术流程,虚拟手术系统测量寰椎侧块相关参数L1左侧为9.82:±0.76mm,右侧为9.16±0.85mm; L2左侧为21.76±1.36mm,右侧为21.50±1.02mm; L3左侧为17.78±1.67mm,右侧为18.22±1.60mm;α左侧为36.78°±1.23°,右侧为35.78°±2.40°；β左侧为18.84°±1.80°,右侧为18.40°±1.71°；γ左侧为31.49°±0.60°,右侧为30.46°±1.56°；δ左侧为6.32°±1.08°,右侧为6.25°±1.11°；经统计学分析,左右侧测量值均无统计学差异(P＞0.05).尸体标本置钉16枚,全部位于侧块内,未伤及毗邻组织.结论:虚拟手术系统支持下置入寰枢椎侧块螺钉可行且准确性高.
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脊柱虚拟手术系统的构建及功能实现
脊柱疾病的精确诊疗较困难,常规医学影像(CT、MRI等)提供的是二维断层,诊疗过程需要医生的想像去连接,经验丰富的医生固然可对病灶的形状及大小进行估算,但难以精准[1].目前,多层螺旋CT(multi-spiral computerized tomography,MSCT)三维(three-dimensional,3D)重建技术对脊柱的精确评价已显现出明确的优势[2-4],通过其重建图像进行个体化诊疗设计,可提高诊断的准确性和治疗的精确性.但MSCT工作站并非专职于脊柱外科,重建软件随机专用,而且其保存影像数据的医学图像通信(digital imaging and communication in medicine,DICOM)标准格式目前还无法在个人电脑上用常见图像软件读取.
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虚拟手术系统中软组织建模研究
虚拟手术系统可为实习学生和医生提供一个虚拟的手术环境,在视觉与触觉上为用户真实再现手术场景,可用于制定手术计划、术中引导、手术教学、手术技能培训和医生临床能力训练等,因此对该领域的研究在医学领域具有广泛的应用前景.在虚拟手术系统中,用户对视觉临场感和触觉真实感的要求日益增高,为了使虚拟手术仿真更逼真,提高仿真精度,本文对生物软组织的几何建模、物理建模和碰撞检测等关键技术进行了研究和对比.通过研究,虽然目前已经取得了很大的研究成果,但仍需在不同的虚拟手术环境中,综合考虑材质的特殊性,灵活运用不同的模型进行建模,以实现更佳的仿真效果.
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基于生物力学信息数字化机器人辅助手术系统
目的 建立一套数字化机器人辅助手术系统再现真实手术过程,并通过仿真系统与外部力反馈设备的结合实现对虚拟环境中机器人的控制和力觉反馈.方法 系统的设计包括:基于生物力学理论的人体组织建模、基于有限元方法人体组织生物力学模型的计算、外部力反馈设备的设计、控制算法设计等.通过多层次模型、系统集成等方法,实现基于生物力学信息并具有交互特性的虚拟机器人辅助骨折牵引复位手术平台.结果 当主手控制系统和虚拟环境生成机通过局域网连接成功后,该系统完成了闭环信息传递过程.结论 该系统可以实现对虚拟环境中手术机器人的主从控制、视觉反馈和力觉反馈.该项研究为数字化模拟外科手术相关技术的发展起到推进作用,模拟手术在提高手术成功率、新医生的培训方面具有很强的优势.
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虚拟手术教学系统在外科学基础实践教学中的应用研究与探讨
虚拟手术教学系统是一个较新的网络教学平台.文章总结了虚拟手术教学平台在外科学基础实践教学中的应用经验,研究结果显示,相比于传统模式手术教学,利用虚拟手术平台进行辅助教学可以提高学生的考试成绩,满意度方面可激发学生的学习兴趣,增强学生学习的自主性和参与性,促进学生对知识的理解和掌握.总之,可以提高外科学基础实践教学效果.
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浅谈医学教育中虚拟现实技术的应用发展
随着计算机技术和多媒体技术的飞速发展,虚拟现实技术已逐渐应用于社会的各个领域.目前已进入教育领域,涉及高等教育的各个学科.作为一门新兴的学科,虚拟现实技术在医学教育中的应用研究也备受瞩目.文章从探索阶段、实用阶段、快速发展阶段对虚拟现实技术在医学教育中的应用发展进行了探讨,并对其应用前景进行了展望.
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虚拟手术系统中的软组织切割模拟
本研究提出了一个基于有限元形变计算的利用小子集法进行切割模拟的优化方法,该方法解决了切割过程中刚度矩阵不断扩充更新对形变计算带来的影响,便于进行切割模拟.实验结果表明,该方法能够有效地动态模拟软组织的整个切割过程.
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虚拟手术系统支持下寰椎侧块螺钉固定相关数据的测量
[目的]通过结合当前虚拟手术系统辅助手术的优势,测量寰椎侧块螺钉固定通道的相关数据.[方法]选取8例16侧无破损和畸形的寰椎(C1)防腐头颈标本,先行CT扫描,后将数据导入虚拟手术系统进行重建,测量寰椎侧块数据:选择侧块与后弓根部下方交界区和横突孔的内侧缘与寰椎后弓内侧壁中点为进钉点,测,L1:横突孔的内侧缘与寰椎后弓内侧壁的距离,L2:进钉点与侧块前缘高点的距离,L3:进钉点与侧块前缘的垂直距离,α:进钉点的垂线与寰椎侧块上缘切线的角度,β:进钉点垂线与横突孔内侧缘切线的角度,γ:进钉点垂线与侧块内侧缘切线的角度,内斜角度δ:(β+γ) /2-β.左右两侧均测量3次,取其均值,进行统计学分析.[结果]虚拟手术系统测量寰椎侧块相关参数L1、L2、L3、α、β、γ、δ,经统计学分析,左右侧测量值均无统计学差异(P＞0.05).[结论]选择侧块与后弓根部下方交界区处寰椎后弓内壁外约5 mm为进钉点,侧块螺钉进钉深度在18～22 mm,上倾斜约18°～20°,在矢状位上可内收6°.
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骨科虚拟手术系统辅助前交叉韧带重建手术流程的建立
目的 建立骨科虚拟手术系统辅助前交叉韧带重建术的手术流程,以期提高重建韧带骨隧道定位的准确性.方法 利用螺旋CT对1名健康志愿者的双侧膝关节进行扫描,扫描结果以DICOM格式导入自主研发的骨科虚拟手术系统(BioMxsf软件),实现对膝关节三维模型的重建,在重建出的三维模型中对ACL股骨、胫骨止点及骨道出口位置进行确定并标记,结合前交叉韧带重建手术的要求,利用VR和MPR成像技术通过MPR轴位、矢状位和冠状位重建,实现在前交叉韧带重建手术中进行骨道长度、角度的测量及骨道定位,并建立骨科虚拟手术系统辅助前交叉韧带重建手术的标准操作流程,进行手术操作模拟,满足前交叉韧带重建手术术前计划的需要.结果 建立了骨科虚拟手术系统辅助前交叉韧带重建手术流程:通过术前CT扫描,获得DICOM格式CT数据,然后将数据导入骨科虚拟手术系统并重建出膝关节三维模型,进行术前膝关节相关参数的测量,后进行手术模拟.结论 骨科虚拟手术系统辅助下前交叉韧带重建术的手术流程的建立,能够帮助医生形成更加直观立体的膝关节形象,并提供准确的骨道长度、角度等数据,使前交叉韧带重建手术的骨道定位更精确、手术方式的选择更合理,从而验证了骨科虚拟手术系统支持下前交叉韧带重建手术的可行性.
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小儿心脏病虚拟手术训练系统构建
虚拟手术系统是虚拟现实技术在医学领域的重要应用,介绍国内外部分虚拟手术系统及其在医学教学、手术导航、手术训练、远程手术等领域的应用.研究基于Web的一体化小儿心脏病虚拟手术训练系统建设,结果证明虚拟手术系统达到初步设计目标,对医生提升临床手术技能、指导手术都有积极意义.
