一种虚拟手术的方法及其装置

摘要

本发明公开了一种虚拟手术的方法及其装置，该方法包括步骤，读取虚拟手术器械的几何模型，根据导入的操作对象模型文件生成操作对象模型；根据所述几何模型和所述虚拟手术器械的对应关系建立所述虚拟手术器械的坐标映射；检测所述虚拟手术器械和所述操作对象模型是否碰撞；如果检测到所述虚拟手术器械和所述操作对象模型发生碰撞，则根据质点的力反馈模型或虚拟球的力反馈模型计算所述虚拟手术器械的力反馈；同时计算所述操作对象模型在碰撞后的位置信息；并更新所述操作对象模型的坐标位置。本发明的虚拟手术的方法及其装置，可以模拟各种实际的手术器械的操作，而且操作者也能得到适时的虚拟手术器械的力反馈和操作对象模型的视觉反馈。

主权项

一种虚拟手术的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、读取虚拟手术器械的几何模型，根据导入的操作对象模型文件生成操作对象模型；所述虚拟手术器械包括笔杆状虚拟手术器械和交叉状虚拟手术器械，所述几何模型和所述操作对象模型是由三角片模型组成；步骤二、建立所述几何模型和所述操作对象模型的坐标映射；步骤三、当所述虚拟手术器械模拟笔杆状手术器械操作时，所述虚拟手术器械的质点和笔杆状几何模型的顶点对应，根据所述笔杆状几何模型的顶点是否在所述操作对象模型的三角面片所在的平面内来检测所述虚拟手术器械和所述操作对象模型是否碰撞；或者，当所述虚拟手术器械模拟交叉状手术器械时，所述虚拟手术器械的质点和交叉状几何模型的交叉点对应，根据所述交叉点到所述操作对象模型的三角面片上所有点的最小距离是否小于所述交叉点到所述交叉状几何模型的顶点的距离来检测所述虚拟手术器械是否和所述操作对象模型发生碰撞；步骤四、如果检测到所述虚拟手术器械和所述操作对象模型发生碰撞；当所述虚拟手术器械模拟所述笔杆状手术器械操作时，检测所述笔杆状几何模型的顶点在碰撞前后的坐标值，并连接成轨迹线段，计算该轨迹线段在水平和垂直方向的向量值，再根据切割的阻力刚度系数和约束力刚度系数确定所述操作对象模型对所述虚拟手术器械的切割阻力和所述操作对象模型对所述虚拟手术器械的约束力，最后根据所述切割阻力和约束力确定所述虚拟手术器械的力反馈，并反馈给操作者，具体力反馈的计算过程为：D＝R-P，Dn＝(D·n)n，Dt＝D-DnF＝Fn+Ft，Ft＝kcuttingDt，Fn＝kconstraintDn其中P是碰撞前虚拟手术器械的质点对应的坐标，R是碰撞后虚拟手术器械的质点对应的坐标，F是虚拟手术器械的力反馈，kcutting是切割的阻力刚度，kconstraint是约束力刚度，n是笔杆状手术器械的几何模型表面的法线向量；或者，当所述虚拟手术器械模拟交叉状手术器械中的手术剪操作时，检测所述操作对象中与所述手术剪的几何模型发生碰撞的三角面片，确定该三角面片中各个顶点的权数，并根据该权数确定三角面片中每个顶点碰撞前后的位移量，根据该位移量更新所述三角面片的各个顶点的坐标位置，同时根据该位移量确定所述虚拟手术器械的力反馈，并反馈给操作者，具体力反馈的计算过程为：F＝kextering∑li，其中li＝n(r-h)Xi， X i = Σ A i π ( r 2 - h 2 ) r是手术剪的几何模型对应的交叉点到其顶点的距离，h是该交叉点到所述操作对象模型中与所述手术剪的几何模型发生碰撞的三角面片的距离，∑Ai是手术剪的几何模型中，与相交的所有含顶点i的三角面片的面积之和，kextering是力反馈的比例系数，n是三角面片的法向向量。