虚拟软组织针刺与力觉交互

系统仿真学报 ›› 2015, Vol. 27 ›› Issue (10): 2453-2459.

虚拟软组织针刺与力觉交互

高瞻¹, 潘飞¹, 王杰华¹, 潘海燕², 蒋峥峥¹

1.南通大学计算机科学与技术学院,江苏省南通市 226019;
2.南通大学附属医院,江苏省南通市 226001

收稿日期:2015-06-08 修回日期:2015-07-27 出版日期:2015-10-08 发布日期:2020-08-07
作者简介:高瞻(1972-),男,江苏,博士,副教授,研究方向为人机交互及虚拟现实技术;潘飞(1990-),男,江苏,硕士生;王杰华(1965-),男,江苏,博士,副教授,研究方向为医学信息学。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(61170171); 南通市科技项目（BK2014067）

Virtual Needle Insertion and Haptic Interaction

Gao Zhan¹, Pan Fei¹, Wang Jiehua¹, Pan Haiyan², Jiang Zhengzheng¹

1. School of Computer Science, Nantong University, Nantong 226019, China;
2. Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, China

Received:2015-06-08 Revised:2015-07-27 Online:2015-10-08 Published:2020-08-07

摘要/Abstract

摘要： 对人体软组织进行针刺/穿刺是临床医学普遍使用的诊疗手段,对医者的操作水平要求较高,因此亟需逼真、有效的训练模式。解决方案之一是采用虚拟现实技术来提供针刺训练。针刺过程中软组织的变形仿真和穿刺针与软组织互相作用导致的力觉交互,是实现虚拟针刺训练平台的关键问题。为了解决此难题,我们研究了针刺过程的力学模型,采用线性有限元模型实现了软组织的变形仿真,基于线性插值来计算摩擦力,构建了穿刺针和软组织的粘滑运动模型,较好的反映了软组织针刺过程中的物理现象和特性,并实现了软组织针刺的力觉交互。实验结果表明,仿真过程和力觉交互能够较为真实地体现软组织针刺过程。

关键词: 虚拟现实, 软组织, 针刺, 力觉交互, 变形仿真

Abstract: Needle insertion or puncture has been widely practiced in clinical medicine. A VR based training system for needle insertion was implemented in this study. The mechanical model during insertion process was designed. Linear element model was applied to realize the simulation of soft tissue deformation. The friction and the stick-slip motion model between the puncture needle and the soft tissue were implemented to simulate the force interaction between needle and soft tissue. The haptic interaction of needle insertion was realized as well to enhance the user experience. The experiment results show that the simulation can reflect the process of the needle insertion.

Key words: virtual reality, soft tissue, needle insertion, haptic interaction, deformation simulation

中图分类号:

TP319.9

高瞻, 潘飞, 王杰华, 潘海燕, 蒋峥峥. 虚拟软组织针刺与力觉交互[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(10): 2453-2459.

Gao Zhan, Pan Fei, Wang Jiehua, Pan Haiyan, Jiang Zhengzheng. Virtual Needle Insertion and Haptic Interaction[J]. Journal of System Simulation, 2015, 27(10): 2453-2459.

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