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VR骨科手术可满足手术训练需求

2017-11-12 来源:我爱物联网

目前VR(虚拟现实)技术在各行业都有不同程度的应用,在医学教育领域,它是医生学习的新选择。医生只需要戴上VR眼镜就可以完全沉浸式地体验身临手术室的感觉,可以让医生全面了解手术的各个环节,第一视角学习手术技巧。

视觉学习之外,虚拟现实技术与计算机技术相结合用于建立具有实时力反馈的手术模拟训练系统,似乎更能够在一定程度上缓解当下医学所面临的瓶颈。例如用VR进行解剖教学,极大地缓解了医学教育中尸体标本短缺的情况。

“我们开发的系统,就是针对国际和国内市场上还没有较为通用、商业化的骨科手术训练系统的情况,以期解决骨科医生的手术训练问题。”中国科学院深圳先进技术研究院人机交互中心执行主任王琼在接受专访时告诉记者。

VR骨科手术可满足手术训练需求

满足手术训练需求

据介绍,骨科手术训练系统以椎弓根钉手术为基本背景,提供了不同种类的手术工具在脊柱上进行操作的三维交互场景模拟,主要仿真了圆钻磨骨、长钻打孔和置钉这几种椎弓根钉手术中风险较高、也最具有训练意义的手术操作。

“我们搭建了一套具有动态反馈、视觉变化的虚拟环境,与人机交互反馈的设备连接。对手术工具与骨骼交互时产生的控制力进行建模,并且模拟骨头被钻后的视觉变化,并通过VR眼镜和力反馈设备反馈给用户,模拟医生拿着钻头钻骨头的真实场景,这可以做到手眼协调方面的训练。”王琼说。

在系统中,王琼团队采用了融合体数据和面数据的数据结构,不仅可以满足在骨骼拓扑结构频繁改变状态下的三维手术工具与骨骼模型之间100Hz的碰撞检测刷新率,同时还可以精准地对磨削后的骨骼表面进行重建,并建立了基于磨削原理的手术工具交互反馈力模型,通过GPU硬件的加速,可以保证力觉的刷新率在1000Hz以上,避免视、触觉交互场景的失真。

该项目可以为医生进行椎弓根钉手术训练提供较为真实的、具有实时力觉反馈的虚拟三维场景,解决临床骨科医生缺乏手术训练机会的问题。

因为用不同的计算机程序可以产生新的交互环境,满足不同的手术训练的情况。“系统可以设置手术的难易程度,开始训练时,系统给出固定的骨钉位置和下钻方向,进阶后把所有预设信息全部删除,训练者自己判断病情与钻头位置,增加难度,这样的训练方式更加有效。”王琼说。

不同的变化方式,一方面提供精细、有效、重复的训练,既节约经济成本,又可以实现传统训练做不到的进阶训练。


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