一种用于颞骨手术术前培训的混合现实模拟系统技术方案

一种用于颞骨手术术前培训的混合现实模拟系统，由现实部分、虚拟部分和系统控制部分组成；所述现实部分由触感装置、现实模型骨结构层组成，现实部分触感装置是整个混合现实模拟系统的输入和输出，其中操作杆与现实模型骨结构层接触，使医生具有真实振动感和手术临场感；所述虚拟部分主要由计算机及显示器组成，用于构建虚拟的颞骨模型，并计算出软组织各处的力和力矩信息；所述系统控制部分主要由电机驱动器、Galil运动控制卡和计算机组成，检测现实环境中触感装置的位/姿，结合虚拟部分数据进行碰撞检测，输出软组织的力和力矩，再加上触感装置重力、摩擦力补偿的力和力矩经过处理转换得到期望力和力矩输出触感装置。

A mixed reality simulation system for preoperative training of temporal bone surgery

A hybrid reality simulation system for preoperative training of temporal bone surgery consists of a real part, a virtual part and a system control unit. The real part is composed of a touch device and a real model bone structure layer. The real part of the touch device is the input and output of the whole hybrid reality simulation system, in which the lever and the reality are the control units. The virtual part is mainly composed of a computer and a display, which is used to construct a virtual temporal bone model and calculate the force and torque information of the soft tissues. The system control part is mainly composed of a motor driver, a Galil motion control card and a meter. The computer is composed to detect the position/attitude of the tactile device in the real environment, and collision detection is carried out with the virtual part of the data. The force and torque of soft tissue are output.

【技术实现步骤摘要】
一种用于颞骨手术术前培训的混合现实模拟系统
本专利技术涉及一种医生术前培训的混合现实模拟系统，特别涉及一种用于颞骨手术术前培训的混合现实模拟系统。
技术介绍
颞骨是人体最复杂的解剖部位之一。它非常接近大脑的外表面，保护和包围几个重要的软组织，如动脉，静脉和面神经。当移除肿瘤和囊肿、修复骨折、恢复听力、校正平衡失调和防止感染等需要对颞骨进行手术操作。医生在进入临床之前，需要进行很好的培训，否则存在可导致永久畸形、听力丧失和潜在死亡等危险。尸体是传统颞骨外科手术培训的主要教学工具。然而这种方法受尸体数量、成本和疾病传播风险等限制。较新颖的教学方法是使用模拟器，目前主要有物理模型、虚拟现实模拟器和具有力反馈的虚拟现实模拟器用于颞骨手术培训。(1)物理模型：此类模型接近尸体条件，主要用于实际培训。这些模型主要是快速原型模型和塑料模型。如″小矮星彼得塑料颞骨″，被广泛视为尸体培训的替代品。然而此类培训问题之一就是模型不能重复使用，仅仅使用一次且价格较昂贵，不具有成本效益。(2)虚拟现实模拟器：此类模拟器由传统的人机交互接口键盘和鼠标等组成。它们提供模拟物理条件图形解释，然而这种类型的模拟器的主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于颞骨手术术前培训的混合现实模拟系统，它包括：现实部分、虚拟部分和系统控制部分，其特征在于：所述现实部分触感装置是整个混合现实模拟系统的输入和输出，其中操作杆与现实模型骨结构层接触，使医生具有真实振动感和手术临场感，通过触感装置运动学计算出手术钻的位/姿，将其输入到虚拟环境中；所述虚拟部分，通过建立的软组织力学模型，计算出虚拟软组织接触位置的力和力矩信息，通过转换计算得出需要模拟真实软组织的每个关节输出力和力矩，所述虚拟环境中颞骨模型采用Unity3D仿真软件构建，所述软组织力学模型采用

【技术特征摘要】
1.一种用于颞骨手术术前培训的混合现实模拟系统，它包括：现实部分、虚拟部分和系统控制部分，其特征在于：所述现实部分触感装置是整个混合现实模拟系统的输入和输出，其中操作杆与现实模型骨结构层接触，使医生具有真实振动感和手术临场感，通过触感装置运动学计算出手术钻的位/姿，将其输入到虚拟环境中；所述虚拟部分，通过建立的软组织力学模型，计算出虚拟软组织接触位置的力和力矩信息，通过转换计算得出需要模拟真实软组织的每个关节输出力和力矩，所述虚拟环境中颞骨模型采用Unity3D仿真软件构建，所述软组织力学模型采用(Fc为摩擦力，K(x)为弹性系数和为阻尼和粘性系数)构建；所述系统控制部分通过采集到的传感装置位/姿，计算出操作杆位/姿，通过计及摩擦与重力项的触感装置动力学，计算出触感装置补偿重力与摩擦力所需要的力和力矩，所述计及摩擦与重力项的触感装置动力学采用拉格朗日方程建立，计算得出需要模拟真实软组织的每个关节输出力和力矩结合触感装置重力与摩擦力补偿需要的力和力矩，经过转换得到每个关节期望的力和力矩输出到现实环境中，进而采用比例+速度控制器进行运动控制，从而实现医生对虚拟软组织接触力的真实感知，结合现实模型骨结构层的真实振动感和对虚拟软组织...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑宏强，赵苗苗，王靖宇，李戊星，姜垚，于志洋，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12