力反饋

近幾年研發出來的虛擬手術系統，為醫生提供一個虛擬的3D環境以及可互動操作平台，逼真的模擬臨床手術的全過程。與傳統的手術教學相比，虛擬手術具有無損傷性、可重複性和可指定性等優點。但是，該領域的大部分研究僅限於仿真的可視化階段，由於缺乏觸覺效果，醫生在虛擬環境下完成的手術與臨床環境差別很大。為了解決上述難題，力反饋概念引入虛擬手術系統，通過對手術器械和軟組織等形變過程進行實時數值計算，模擬出軟組織的變形情況和器械受力狀態，並通過外接的力反饋輸出設備（圖1），使醫生在手術操作中，感知到反饋力的存在，更好的達到臨床手術的訓練效果。

力反饋關注的問題

一般而言，如果手術器械未侵蝕（刺入或切割）皮膚等軟組織，它們相互間的作用力可分為兩種：手術器械對軟組織表面的正壓力和對其相對運動產生的切向力（摩擦力）。為了更加真實的模擬出反饋力的效果，必須解決以下兩方面的科學難題：1)建立介入器械與軟組織作用的力學模型。目前，由於建模簡單和計算量小的特點，虛擬手術中力反饋的計算大多採用彈簧阻尼模型，即根據手術器械侵入軟組織的深度和速度，計算出末端反饋力的大小。2)設計數值模擬算法，實時模擬軟組織的形變情況和器械末端的受力狀態。質點彈簧模型是將軟組織離散為一組以彈簧相連的質點格線，根據彈簧的彈性係數計算出軟組織形變效果。由於質點彈簧模型和有限元模型自身存在的缺點，這兩種方法很難套用於虛擬手術反饋力的計算。

擴展閱讀和參考文獻：

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