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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于力反饋的虛擬手術(shù)的設(shè)計(jì)與研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 近年來，醫(yī)療事故愈發(fā)頻繁，醫(yī)患矛盾成愈演愈烈之勢。據(jù)調(diào)查，半數(shù)以上的醫(yī)療手術(shù)事故，尤其是外科手術(shù)事故，都與手術(shù)醫(yī)生的操作失誤有關(guān)，因此，對(duì)于手術(shù)醫(yī)生的培養(yǎng)與訓(xùn)練越來越受到重視。傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練，在經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生演示后，實(shí)習(xí)醫(yī)生往往通過基于人造模型、尸體、動(dòng)物或病人等對(duì)象進(jìn)行練習(xí)。人造模型與尸體真實(shí)感不一致，尸體資源有限且昂貴，動(dòng)物活體組織及結(jié)構(gòu)與人體差異較大，基于病人的練習(xí)還涉及法律和道德等問題。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來，醫(yī)療事故愈發(fā)頻繁，醫(yī)患矛盾成愈演愈烈之勢。據(jù)調(diào)查，半數(shù)以上的醫(yī)療手術(shù)事故，尤其是外科手術(shù)事故，都與手術(shù)醫(yī)生的操作失誤有關(guān)，因此，對(duì)于手術(shù)醫(yī)生的培養(yǎng)與訓(xùn)練越來越受到重視。傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練，在經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生演示后，實(shí)習(xí)醫(yī)生往往通過基于人造模型、尸體、動(dòng)物或病人等對(duì)象進(jìn)行練習(xí)。人造模型與尸體真實(shí)感不一致，尸體資源有限且昂貴，動(dòng)物活體組織及結(jié)構(gòu)與人體差異較大，基于病人的練習(xí)還涉及法律和道德等問題。 虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)不僅有助于解決上述問題，并可使實(shí)習(xí)醫(yī)生對(duì)不同的手術(shù)過程反復(fù)訓(xùn)練，還可以讓醫(yī)生對(duì)不經(jīng)常做的復(fù)雜手術(shù)重復(fù)練習(xí)以保持其手術(shù)水平，還有助于臨床醫(yī)生對(duì)將要做的手術(shù)進(jìn)行規(guī)劃、模擬，以便制定合理的手術(shù)方案。 本作品的研究作眼于目前國內(nèi)虛擬手術(shù)系統(tǒng)的旺盛需求和相對(duì)落后的技術(shù)體系，努力開發(fā)出一整套具有力反饋的虛擬手術(shù)系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，預(yù)計(jì)在力反饋器設(shè)計(jì)、通用接口、虛擬物理器官模型的構(gòu)建以及虛擬力的解算等方面提出一些創(chuàng)新思維，提高我國該領(lǐng)域的技術(shù)水平，使我國早日具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的整套虛擬手術(shù)系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計(jì)能力。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.基本思路 本作品主體包括硬件和軟件兩大部分。其中，硬件部分包括力反饋機(jī)械裝置、傳感器以及下位機(jī)的控制電路，軟件部分包括上位機(jī)軟件（通信調(diào)試界面、力覺解算及顯示模塊）和基于圖像引擎的三維虛擬手術(shù)模塊。 2.創(chuàng)新點(diǎn) （1）創(chuàng)新設(shè)計(jì)一款新型高靈敏度、大位移角的多自由度力反饋器械； （2）開發(fā)一套結(jié)合力反饋器的虛擬手術(shù)通用軟件平臺(tái)系統(tǒng)。 （3）利用質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型模擬軟組織在受外力時(shí)的形變特征，使用虛擬體彈簧和準(zhǔn)靜態(tài)方法優(yōu)化算法，盡量達(dá)到變形的真實(shí)性與實(shí)時(shí)性 3.技術(shù)關(guān)鍵 1) 多學(xué)科集成的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 設(shè)計(jì)過程涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程學(xué)、自動(dòng)控制學(xué)、工程力學(xué)、機(jī)械制造和計(jì)算機(jī)技術(shù)多門學(xué)科，多學(xué)科集成的設(shè)計(jì)技術(shù)具有顯著的實(shí)際意義。 2) 基于模塊化的設(shè)計(jì)理念 作品基于模塊化的設(shè)計(jì)理念，以劃分不同功能模塊的方式進(jìn)行作品設(shè)計(jì)，可以根據(jù)具體的要求進(jìn)行功能模塊組合，滿足不同使用場合的要求。 3) 力反饋技術(shù) 作品對(duì)力反饋技術(shù)進(jìn)行深入研究，利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)正解和反解原理，配合專門設(shè)計(jì)機(jī)械控制裝置，探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的力覺領(lǐng)域。 4) 器官的物理模型建模及快速三維重建技術(shù) 作品對(duì)虛擬手術(shù)中的軟組織的物理建模和實(shí)時(shí)交互技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)、深入的研究，包括三維模型的建立、不同物理模型下的軟組織變形、不同形式下的軟組織切割效果、軟組織在電灼術(shù)中的模擬、粘彈性的觸覺反饋等。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）自行設(shè)計(jì)的力反饋器機(jī)械臂，具有多自由度、大位移空間、定位精確以及反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)，并且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。（2）自行設(shè)計(jì)了基于DSP的實(shí)時(shí)仿真的硬件系統(tǒng)，打破了國外相關(guān)產(chǎn)品的壟斷。（3）展開了關(guān)于器官的物理模型變形以及切割等形變的研究，豐富了我國虛擬手術(shù)領(lǐng)域的研究。（4）作品采用了基于模塊化的設(shè)計(jì)理念，以劃分不同功能模塊的方式進(jìn)行作品設(shè)計(jì)，從而使得本作品能夠根據(jù)需要進(jìn)行多種功能模塊組合。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 作品目前已經(jīng)處于最后的調(diào)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實(shí)施許可
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、模型、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品在國內(nèi)屬于前沿性研究與探索，一經(jīng)開發(fā)完成，將是國內(nèi)較早擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬手術(shù)整套技術(shù)解決方案的產(chǎn)品。而目前國內(nèi)各大中性醫(yī)院及醫(yī)療科研機(jī)構(gòu)對(duì)虛擬手術(shù)系統(tǒng)具有旺盛的需求，相對(duì)于這些機(jī)構(gòu)目前購置的昂貴的國外成套設(shè)備，本作品因具有完全國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、模型逼真，反應(yīng)靈敏、模擬力覺帶寬大等優(yōu)點(diǎn)，將具有廣闊的前景。同時(shí)其力反饋裝置可以設(shè)計(jì)通用接口，使其不局限于虛擬手術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，在其它行業(yè)，如虛擬裝配、交互制作藝術(shù)品以及遙操作等領(lǐng)域都將擁有市場。
同類課題研究水平概述
- 具有力反饋的虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)有助于解決目前外科手術(shù)中存在的問題，通過操作力反饋器械控制虛擬手術(shù)器械與虛擬手術(shù)器官的交互，可使實(shí)習(xí)醫(yī)生對(duì)不同的手術(shù)過程進(jìn)行反復(fù)的交互訓(xùn)練，還可以讓醫(yī)生對(duì)不經(jīng)常做的復(fù)雜手術(shù)重復(fù)練習(xí)以保持其手術(shù)水平，還有助于臨床醫(yī)生對(duì)將要做的手術(shù)進(jìn)行規(guī)劃、模擬，以便制定合理的手術(shù)方案。
