面向虚拟钻骨手术的操作力模型构建及力触觉反馈模拟研究

基金项目类型：

国家自然科学基金

基金项目编号：

51575343

来源网站：

国家自然科学基金委员会

来源网址：

http://www.nsfc.gov.cn/

负责人：

林艳萍

完成单位：

上海交通大学

中文关键词：

钻骨手术操作; 力模型; 力触觉模拟; 虚拟手术训练;

项目类型：

面上项目

语种：

中文

开始日期：

2016-01-01

结束日期：

2019-12-31

中文摘要：

骨科医生必须经过严格训练和反复实践后才能掌握手术操作的精准“手感”，具备敏感的力感知能力。传统的基于模型、动物或尸体的手术训练方式因效率低、成本高、灵活性差等弊端，导致医生的成长周期长。为了让医生高效、精确地掌握钻骨操作手感，本项目致力于虚拟钻骨操作的精确模拟研究，解决力预测模型的精确建立及力触觉交互的实时模拟两个关键问题。针对骨组织不均匀性及个体差异特性，项目拟建立与骨密度值相关的钻骨操作力预测模型，通过大样本低置信度有限元分析模拟数据和小样本高置信度尸体测量数据，对力预测模型进行二次学习，以保证模型收敛速度和预测精度；建立具有独立体素特征的骨组织物理模型，通过并行算法加速解析钻头切削刃与体素间碰撞检测，结合用户输入参数，通过力预测模型实时计算钻骨操作力，实现力触觉交互模拟；通过系统信效度分析来评价钻骨操作模拟的精度和训练效果，为骨科手术提供一种精确、高效、灵活的虚拟训练方式。