腹腔微创外科机器人虚拟手术方法技术

本发明专利技术公开了一种腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，它包括以下步骤：a.搭建虚拟手术仿真平台，包括设计具有平行四边形远心定位机构的机器人模型，通过力反馈设备对虚拟机器人的操作控制；b.建立手术对象的物理模型，进行力平衡计算，实现手术对象按压变形和夹持变形的仿真操作和力觉交互；c.建立手术对象的网格模型，手术对象切割仿真；d.利用弹簧模型建立缝合线，缝合线打结模拟；e.通过分析缝合线在与软组织交互过程中所涉及到的摩擦力和张力，实现了手术对象的缝合模拟过程。本发明专利技术腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，能够对手术进行全程模拟仿真，精确度高，实时性强。

【技术实现步骤摘要】
腹腔微创外科机器人虚拟手术方法
本专利技术涉及一种腹腔微创外科机器人虚拟手术方法。
技术介绍
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它以计算机技术为核心，结合多种相关技术，生成一个在视觉、听觉以及触觉等高度近视的交互式环境，给使用者提供一种身临其境的感觉，可以没有限制的观察三维空间内的事物。虚拟手术是虚拟现实技术在医学领域的一个典型应用。它作为一种新的研究方向，是一种集生物力学、机械学、医学、机器人等诸多学科为一体的新型研究领域。虚拟手术是从医学影像数据出发，在计算机中建立一个虚拟手术环境，然后构建人体组织模型，并利用力触觉交互设备与之进行交互操作的一种手术系统。医生可以利用虚拟手术环境中的信息进行手术规划、手术培训，手术预演以及在实际手术过程中引导手术等。微创外科手术机器人已经成为医疗机器人领域的研究热点，它把传统医疗器械与信息技术、机器人技术结合在一起，使外科诊断与治疗达到了微创化、微型化、智能化和数字化。与传统手术相比，微创手术机器人具有显著的优势：微创机器人手术能够改善医生的工作模式，让医生在进行手术时更灵巧、更方便、更精准，甚至能让两个不同领域的外科医生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，它包括以下步骤：a.搭建虚拟手术仿真平台，包括设计具有平行四边形远心定位机构的机器人模型，对机器人模型进行运动学分析，求解远心定位机构正运动学和逆运动学，通过力反馈设备对虚拟机器人的操作控制；b.建立手术对象的物理模型，利用轴向包围盒算法作为手术器械与手术对象之间的碰撞检测算法，进行力平衡计算，实现手术对象按压变形和夹持变形的仿真操作和力觉交互；c.建立手术对象的网格模型，利用轴向包围盒算法作为手术刀具与手术对象的碰撞检测算法，并在进行碰撞检测时采用临近三角面片有序搜索方法，通过建立三角面片切割搜索树进行搜索，实现手术对象的切割仿真；d.利用弹簧模型建立...

【技术特征摘要】
1.一种腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，它包括以下步骤：a.搭建虚拟手术仿真平台，包括设计具有平行四边形远心定位机构的机器人模型，对机器人模型进行运动学分析，求解远心定位机构正运动学和逆运动学，通过力反馈设备对虚拟机器人的操作控制；b.建立手术对象的物理模型，利用轴向包围盒算法作为手术器械与手术对象之间的碰撞检测算法，进行力平衡计算，实现手术对象按压变形和夹持变形的仿真操作和力觉交互；c.建立手术对象的网格模型，利用轴向包围盒算法作为手术刀具与手术对象的碰撞检测算法，并在进行碰撞检测时采用临近三角面片有序搜索方法，通过建立三角面片切割搜索树进行搜索，实现手术对象的切割仿真；d.利用弹簧模型建立缝合线，进行线模型的运动仿真，采用模拟受力的方法实现碰撞响应，通过模拟打结过程中的拉伸力、排斥力和曲度力，实现了缝合线的打结模拟过程；e.通过分析缝合线在与手术对象软组织交互过程中所涉及到的摩擦力和张力，实现了手术对象的缝合模拟过程。2.根据权利要求1所述的腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，其特征在于：所述的机器人模型包括机架和至少一条机械臂，每条所述机械臂包括通过第一滑动关节上下移动地连接在所述机架上的第一滑块、通过第一旋转关节与所述第一滑块相转动连接的第一杆件、通过第二旋转关节与所述第一杆件相转动连接的第二杆件、通过第三旋转关节与所述第二杆件相转动连接的第三杆件、通过第四旋转关节与所述第三杆件相枢转连接的枢转件、通过第五旋转关节与所述枢转件相转动连接的第一连杆、通过第六旋转关节与所述第一连杆相转动连接的第二连杆、通过第七旋转关节与所述第二连杆相转动连接的第三连杆、通过第二滑动关节与所述第三连杆相移动连接的第二滑块，所述第二滑块连接手术器械，所述的第一连杆、第二连杆、第三连杆构成平行四边形机构。3.根据权利要求1所述的腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，其特征在于：所述步骤a中搭建虚拟手术仿真平台，还包括在虚拟手术环境中添加至少一个摄像机，通过鼠标操作控制摄像机的位置和方向，实现了虚拟手术环境的移动旋转；在控制面板上添加控制按钮实现了视角的切换以及重置视觉点的位置。4.根据权利要求1所述的腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，其特征在于：所述步骤b中，根据质点分布规律，确定力平衡计算方法，首先判断质点是否满足受力条件，进而计算手术器械末端到该区域内各质点的距离，然后计算各个质点的力，再计算出手术对象按压变形过程中的力反馈，实现手术对象按压变形的仿真操作和力觉交互。5.根据权利要求1所述的腹腔微创外科机器人虚拟手术方法，其特征在于：所述步骤b中，采用质点弹簧法建立手术对象的物理模型，当夹持工具与手术对象接触并处于夹持状态时，判断粘附点是否与夹持工具一起运动，如果运动，则通过单点力平衡计算方法进行计算判断该粘附点...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰峰，吴昊，陈军，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学张家港工业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32