[发明专利]内窥镜微创手术模拟训练方法及其系统

权利要求书

1.一种内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，包括下述步骤：

(一)内窥镜微创手术医学模型构建及编辑：根据人体组织器官解剖结构，利用各种医学素材构造医学模型，包括器官模型和器械模型，对医学模型进行编辑处理，以获得符合要求的模型；

(二)利用基础算法构建系统基础组件库；

(三)利用系统基础组件库构建核心算法，实现3D平台系统核心功能；

(四)构建医学模型描述语言：在核心算法的基础上通过脚本方式定义模型的几何和物理属性，实现程序和数据分离，便于系统维护和管理；

(五)调用医学模型，构建医学场景，模拟内窥镜微创手术各种动作，包括抓取、切割、缝合、打结、上钛夹、烟雾、流血；

(六)利用操作台驱动虚拟环境中的内窥镜微创手术器械，模拟各种操作，将5个以上自由度的位置、状态和机械动作转换为电信号，通过数据接收和处理反馈信号驱动操作台的操作杆输出反馈力，实现力反馈和虚拟触觉，使模拟训练更加逼真。

2.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，步骤(一)中，所述医学模型是指几何模型，所述几何模型的构建有两种途径：一种是自医学图像或数字人数据集等原始数据，然后通过专用工具进行医学图像的处理，完成对象的几何建模；另一种就是通过3D建模软件进行几何模型的构建，然后导出为三角网格或四角网格数据；几何模型的构建是综合所述两种途径并加以封装，与3D Max、Maya无缝连接。

3.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，步骤(一)中，医学模型的编辑是将构建的几何模型转换为三角网格进行编辑，按Mass-Spring、有限元等算法对场景进行重构和设置相关参数。

4.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，步骤(二)中，构建系统基础组件库具体为：利用基础算法euler，euler_ordered，runge，runge_4thorder，quasi，quasi_ordered，bogus，FSA，FSAF、perlin noise构建系统基础组件库；用euler，euler_ordered，runge，runge_4thorder算法构建三维模型组件库；利用quasi，quasi_ordered，bogus，FSA，FSAF构建力计算组件库；用perlin noise构建仿真贴图组件库。

5.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，步骤(三)中，几何模型和物理模型是通过三维模型组件库来构建的；利用OPENGL和仿真贴图组件库构建图形渲染核心算法；利用三维模型组件库来构建包围盒和包围球等核心算法，然后实现碰撞检测功能；力计算组件库来实现力反馈功能；利用串口通信组件库实现操作台的数据通信功能；利用SQL组件库实现数据库的数据交换功能。

6.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，步骤(四)中，所述医学模型描述语言是脚本语言，通过定义三维几何模型的物理属性，来实现了三维几何模型的物理效果。

7.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，步骤(五)具体为：通过读取医学模型描述语言来调用建好的各种医学模型包括器官模型和器械模型，并赋予模型相应的物理属性，构建医学场景，通过调用相应的动作和效果，包括抓取、切割、缝合、打结、上钛夹、烟雾、流血，实现各种互动操作。

8.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术模拟训练方法，其特征在于，步骤(六)具体为：操作台通过传感器系统采集培训医生对手术器械操作动作信息，上传给3D平台系统，3D平台系统从四个方面进行运算：第一，仿真手术器械的动作；第二，根据设定的虚拟手术环境和培训医生的动作信息，判断手术器械对器官组织的操作结果，如形变、烟雾、流血等，模拟手术操作；第三，根据组织受操作后的变化，在渲染子系统中虚拟手术结果，通过显示设备显示；第四，根据器官组织的弹性模量，给出反馈力数据，下传给操作台。