虚拟现实技术与现代医学技术相结合产生了虚拟手术系统。虚拟手术系统的研究和开发为医生提供了可反复使用的训练和模拟工具,可以应用于手术规划、手术演练和手术中的保护等。本文针对支撑喉镜下喉部手术的虚拟系统进行研究,建立了虚拟手术系统,实现了喉部声带肿物切除的手术仿真。首先,建立了虚拟手术系统。利用触感装置PHANToM Desktop、计算机和显示设备构成了虚拟手术系统的硬件,然后利用Visual C++和GHOST SDK编制了虚拟手术系统的触感界面,建立了完整的虚拟手术系统。其次,在几何建模方面,利用CT切片对喉部的声带等主要组织进行三维重构,形成真实的三维模型。对CT切片进行滤波、增强等处理,绘制出每个截面上的2D等值线,并将等值线上的点进行简化,然后重构出声带等组织器官的三维模型;考虑到在计算机上图形的实时刷新,将其进行分块建模。在物理建模方面,分析了各种模型的特点,针对柔性体的生物特性,考虑其在力的作用下的形变和操作者需要感受到真实的力,选择了质量—弹簧—阻尼模型进行物理建模,并利用由三角形网格组成的立方体对其变形进行了验证。最后,利用程序实现了声带肿物切除的仿真。分析了由三角形网格组成的声带的受力情况,虚拟手术中的碰撞检测,通过编程实现了声带肿物切除的仿真,操作者可以看到实时刷新的图像和感觉到手术中的力。同时,将该虚拟手术系统与面向远程带有力反馈的ENT手术机器人结合,用虚拟力势场对声带进行保护,成功地完成了对猪的声带部分切除的实验。