基于非线性力反馈的血管介入手术训练系统

发布时间：2024-06-04 22:09

　　血管介入手术训练系统是利用虚拟现实技术帮助医生学员快速、高效、低成本地掌握血管介入手术技能的训练系统。由于国外商业产品存在较高技术壁垒且我国对本课题的研究起步较晚,导致系统存在血管形变仿真缺失、力反馈计算方法简单等诸多不足。针对这些问题研发了一套血管介入手术虚拟训练系统,实现了系统的血管与导丝柔性形变、血管碰撞检测、力反馈计算与导丝运动控制等功能。分别基于张量有限元和杆单元有限元构建了血管和导丝的物理模拟模型;研究了血管与导丝模型的碰撞检测方法;通过导丝前端碰撞模型与血管壁碰撞模型间的接触面积构造非线性力学方程,提出了非线性力反馈计算方法。实验结果表明,系统中血管张量有限元物理模型具有良好的柔性形变效果,为系统提供了较好的视觉反馈信息;非线性力反馈计算方法更好的模拟了导丝与血管间作用力的特性;系统实现了手术训练功能,并具有良好的实时性。

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图５系统组件连接与搭建使用ＭＩＭＩＣＳ软件对颈动脉血管进行三维重

碰撞过程中，当法向量ｎ保持不变时，质心与球心间的距离｜（Ｂ－Ｃ）·ｎ｜与接触面积Ａ存在非线性变化关系，则反馈力Ｆ与小球存在非线性力学关系。该方法很好地模拟计算出导丝前端受力的关键信息。医生通过感受导丝前端的力反馈控制导丝的运动方向、速度，可以提高系统中手术训练精确性。３实验与分析....

图７同一有限元三个不同点的应力输入与位移偏量

图７同一有限元三个不同点的应力输入与位移偏量（ａ）导丝长方体碰撞模型（ｂ）导丝杆单元物理模型（ｃ）经过视觉渲染的导丝几何模型图８导丝模型（ａ）导丝受切向力（ｂ）导丝受轴向力图９导丝受力形变结果方法具有切向柔性形变与轴向不可伸展的特性。根据导丝不同节点数的变化，导丝形变时间的变化如....

图９导丝受力形变结果（ａ）

图７同一有限元三个不同点的应力输入与位移偏量（ａ）导丝长方体碰撞模型（ｂ）导丝杆单元物理模型（ｃ）经过视觉渲染的导丝几何模型图８导丝模型（ａ）导丝受切向力（ｂ）导丝受轴向力图９导丝受力形变结果方法具有切向柔性形变与轴向不可伸展的特性。根据导丝不同节点数的变化，导丝形变时间的变化如....

图１１反馈力－时间

１４导丝２２０３．０１０．８２３．８３导丝３１０１．５６０．３９１．９５实验结果证明导丝在２０个节点及以下具有较好的实时性。结点数为４０的导丝形变实时性较差。通过使用力反馈交互设备控制导丝介入血管，导丝模型与血管分叉模型的碰撞及形变结果如图１０所示。图１０表明，在手术室训练系统场....

本文编号：3989236