基于力反馈的心血管介入虚拟手术仿真与评价

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虚拟手术是虚拟现实技术在医学领域的重要应用,对手术技巧培训和术前规划与预演有重大意义。心血管介入虚拟手术中,医生使用特定装置与仿真的虚拟手术环境进行交互,以模拟真实手术操作。基于力反馈的心血管介入虚拟手术不仅能提供视觉仿真,还能提供力反馈功能,可以提高心血管介入虚拟手术仿真的逼真度。  本文介绍了心血管介入手术流程,分析了心血管介入虚拟手术仿真需求;研究了虚拟手术仿真系统结构和力反馈实现原理,并分析了力反馈装置设计和衡量的主要考虑因素。  本文介绍了虚拟手术仿真器研发流程,心血管介入虚拟手术仿真器基本功能构成和硬件构成。从仿真器机械结构整体布局和力反馈执行机构设计两方面,阐述了基于力反馈的心血管介入虚拟手术仿真器机械结构设计;从控制柜设计和限位保护功能实现两方面,阐述了基于力反馈的心血管介入虚拟手术仿真器控制系统设计。  本文完成了仿真器辅助介入器械的集成和辅助介入操作仿真信号的采集,并实现了辅助介入器械硬件和仿真软件的通信。辅助介入操作的仿真是心血管介入虚拟手术仿真的重要组成部分。本文针对X光脚踏开关踩踏、造影剂注射和球囊加压泵加压等辅助介入操作辅助介入操作特征设计了相应的采集装置和电路。将辅助器械集成进入仿真器整个系统,并且实现了辅助介入器械硬件和仿真软件的通信。  通过与本课题组软件开发人员共同工作有效整合硬件和软件,基本完成仿真器系统集成。设计了血管介入虚拟手术示例,并依据示例设计虚拟手术单步骤、多步骤和完整实验,验证了虚拟手术仿真器的手术培训效果。  本文基于错误分析扣分法和层次分析法,结合仿真器数据采集,初步建立了虚拟手术评价模型。分析虚拟手术评价需求,就心血管介入虚拟手术仿真器自动评价进行了初步研究。
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