内窥镜技术是一种需侵入人体,在人体中能来回游走并做医学观察诊断和手术治疗的医疗手段,由于其手术过程创伤面小,病人术后康复迅速,在国内外广泛用于临床诊断和治疗。但这种手术方式的技术难度很大,临床实际经验不足的医生,很可能会在操作中认错方向而增加手术时间甚至发生穿孔的危险,从而引起病人不满和极大痛苦,激化医患矛盾。虽然目前已有很多内窥镜检查训练方面的技术,然而所有这些技术都存在昂贵,实用性差的缺点。传统的内窥镜训练课程限于模拟器操作和动物实验,单纯模拟器训练过于简单,而以动物实验训练为主的模式又受人力物力的限制难以推广。 虚拟现实技术在飞行员训练方面有着很广泛的应用。近年来,虚拟现实技术又在内窥镜检查训练方面得到了应用。采用虚拟现实技术实现内窥镜仿真的方法可以加强内窥镜操作训练,使得医生培训的时间缩短,降低训练费用。但是,以往内窥镜仿真系统大多只是提供一个仿真界面,模拟显示真实内窥镜手术中可能遇到的情景,这种系统能较好地训练受训者的方向认知能力,但缺点是无法训练受训者手眼协调的能力。另外,近年来比较热门的关于虚拟内窥镜系统的研究,也只是提供一个由病人三维断层医学影像重构出体内组织供医生进行检查,以取代传统内窥镜检查,但这种方法无法采取活组织作病理检查,或进行某些治疗,如止血、切除息肉、取出结石等。真实内窥镜手术能起到X线检查、同位素扫描、虚拟内窥镜检查等无法起到的作用。目前为止临床医生还是需要操作传统真实的内窥镜为病人进行内窥镜手术。 本文介绍一种应用虚拟现实技术实现消化道内窥镜训练功能的系统。主要讨论了通过计算机三维可视技术,对医学断层影像重建得到三维训练模型,并讲解系统外设实现操作量采集和力反馈的工作原理,以及系统仿真软件采用的质点-弹簧/阻尼物理仿真模型,来仿真手术仿真中模型形变和计算产生力反馈。最终实现了通过计算机三维可视技术来仿真内窥镜手术过程,又将真实内窥镜器械和各种机电控制方法相结合,为新手医生提供一个具有视觉、听觉、触觉反馈,较真实的内窥镜手术训练环境。采用真实的光学纤维内窥镜训练手柄,让受训者体验临床手术时的真实手感;配合不同训练模型的仿真软件,让受训者体验训练的多样性;配上科学的训练计划,学员能在这一具有虚拟场景和真实力感相结合的训练环境中得到全面充分的训练,以达到娴熟的技能,提高手术操作水平。