虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、虛擬手術(shù)訓(xùn)練力覺(jué)交互技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)戴金橋1，俞阿龍1，孫紅兵1，徐寶國(guó)2（1.淮陰師范學(xué)院 物理與電子電氣工程學(xué)院，江蘇 淮安 223300；2.東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210096）摘要：虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)于解決傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練存在的問(wèn)題，提高臨床手術(shù)的安全性和治愈率起著積極的作用。在介紹了目前虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述了虛擬手術(shù)訓(xùn)練交互裝置的研究進(jìn)展，針對(duì)目前虛擬手術(shù)訓(xùn)練交互裝置存在的問(wèn)題，提出了建設(shè)性的解決方案，并分析了其發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：虛擬手術(shù)訓(xùn)練；力覺(jué)交互裝置；智能材料；主/被動(dòng)混合驅(qū)動(dòng)中圖分類號(hào): tp24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a the statu

2、s and development trend of haptic technology for virtual surgical trainingdai jin-qiao1, yu a-long1, sun hongbing1, xu bao-guo2(1.school of physical and electronic and electrical engineering，huaiyin normal university，huaian 223300，china; 2. school of instrument science and engineering, southeast uni

3、versity. nanjing 210096, china;)abstract: virtual surgical training systems play an active role in solving the problems brought by traditional surgical training and enhancing the operation security and the cure rate. after the current status of the development of virtual surgery training system is i

4、ntroduced, the research progress of interaction device for virtual surgical training is highlighted. constructive solutions are put forward to make up for the deficiencies existed in the current of interaction device, and its trends and prospects are analyzed.收稿日期：基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金61104206作者簡(jiǎn)介：戴金橋（1973）

5、，男，江蘇漣水，漢，博士，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人力觸覺(jué)、測(cè)控技術(shù)與智能系統(tǒng)。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)生命健康品質(zhì)的要求越來(lái)越高，世界各國(guó)對(duì)醫(yī)療技術(shù)特別是外科手術(shù)的安全性提出更高的要求，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，臨床手術(shù)的失誤80%是人為失誤引起的，所以手術(shù)訓(xùn)練對(duì)于年輕外科醫(yī)生的成長(zhǎng)極為重要，然而傳統(tǒng)手術(shù)訓(xùn)練方式存在諸多問(wèn)題1，為了解決傳統(tǒng)手術(shù)訓(xùn)練方式的局限性，虛擬手術(shù)技術(shù)成為近年研究熱點(diǎn)之一。隨著機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、生物工程學(xué)和數(shù)學(xué)建模技術(shù)的高速發(fā)展，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)為醫(yī)護(hù)人員的手術(shù)訓(xùn)練提供了機(jī)會(huì)，也為傳統(tǒng)手術(shù)訓(xùn)練所面臨的一系列問(wèn)題提供了一種具有潛力的解決方案。虛擬手術(shù)訓(xùn)練過(guò)程中，醫(yī)

6、生通過(guò)力觸覺(jué)設(shè)備對(duì)虛擬的器官進(jìn)行手術(shù)，感覺(jué)好像他們處在真實(shí)的環(huán)境當(dāng)中對(duì)真實(shí)的器官操作一樣，虛擬手術(shù)不僅可以毫無(wú)限制的重復(fù)操作，而且可以根據(jù)需要設(shè)置不同訓(xùn)練難度，讓不同級(jí)別的醫(yī)療人員反復(fù)訓(xùn)練，訓(xùn)練的結(jié)果也可以保存起來(lái)方便以后的學(xué)習(xí)，訓(xùn)練所花的成本也非常低。同時(shí)可以用來(lái)評(píng)估手術(shù)結(jié)果，包括完成手術(shù)時(shí)間、手術(shù)操作的精確度、動(dòng)作的簡(jiǎn)潔性、人為失誤的數(shù)量、手術(shù)路徑的長(zhǎng)度、患者的安全性、受訓(xùn)者個(gè)人滿意程度等，通過(guò)這些基本參數(shù)的提高，可以保證手術(shù)成功和減低病人痛苦，提高手術(shù)成功率2。因?yàn)樘摂M手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)提供了種既安全又節(jié)省的訓(xùn)練方案并被實(shí)踐證明行之有效，已得到世界各國(guó)越來(lái)越多的關(guān)注。1 虛擬手術(shù)訓(xùn)練交互技術(shù)的

7、發(fā)展現(xiàn)狀鑒于基于虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的重要意義，國(guó)內(nèi)外各大研究機(jī)構(gòu)廣泛開(kāi)展了這方面的研究。20 世紀(jì)80年代末，delp 和rosen 構(gòu)建了世界上第一個(gè)虛擬外科手術(shù)系統(tǒng)3。1991年satava 完成了第一個(gè)腹部手術(shù)仿真系統(tǒng)。然而這些虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)沒(méi)有力觸覺(jué)交互設(shè)備，操作者無(wú)法真實(shí)感受到虛擬手術(shù)過(guò)程中手術(shù)器具與肌體組織的相互作用，直到1995年，levy在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中加入了簡(jiǎn)單的力反饋設(shè)備，這才是第一次真正意義上的虛擬手術(shù)。1999年德國(guó)的研究者研制了一個(gè)具有圖像和力反饋的虛擬操作系統(tǒng)用于骨髓穿刺手術(shù)訓(xùn)練4。2001年德國(guó)karlsruhe商用虛擬內(nèi)窺鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置研制成功，操作者通過(guò)操

8、作帶有力觸覺(jué)的機(jī)械手模擬控制手術(shù)刀進(jìn)行虛擬內(nèi)窺鏡手術(shù)，同時(shí)在圖形界面上逼真模擬手術(shù)過(guò)程中人體組織切割、變形、流血等現(xiàn)象5。2004年美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員建立了一個(gè)虛擬觸診系統(tǒng)，用于專家對(duì)學(xué)員的訓(xùn)練6。2005年意大利的里雅斯特santanna 高級(jí)學(xué)校感知機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了具有力反饋功能的微創(chuàng)血管模擬手術(shù)裝置7。2007年日本大阪大學(xué)的yoshihiro kuroda 等人利用cyberforce 開(kāi)發(fā)了多手指虛擬手術(shù)交互系統(tǒng)用于內(nèi)臟手術(shù)時(shí)讓開(kāi)無(wú)疾病器官的訓(xùn)練8。2009年美國(guó)的shun liang 等人利用phantom 開(kāi)發(fā)了用于關(guān)節(jié)囊縫合虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)9，同年香港理工

9、學(xué)院的kup-sze choi 等人利用phantom研究了利用晶狀體乳化法對(duì)白內(nèi)障患者手術(shù)的虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)10。2010年德國(guó)宇航中心的rainer konietschke 等人利用自行研制的手控器研制開(kāi)發(fā)了微創(chuàng)外科手術(shù)多模式訓(xùn)練平臺(tái)11，同年意大利salerno大學(xué)的andrea f abate 等人利用cyberforce開(kāi)發(fā)了一種虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)用于人工分娩手術(shù)的訓(xùn)練12。2011年瑞士的andreas tobergte等人利用sigma.7手控器開(kāi)發(fā)了雙手操作的手術(shù)訓(xùn)練平臺(tái)用于控制微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)的訓(xùn)練13，韓國(guó)的jong-seok oh等人開(kāi)發(fā)了一種基于電流變液球形關(guān)節(jié)

10、的3自由度力覺(jué)反饋手控器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)微創(chuàng)機(jī)器人的控制14。2012年荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的vinoth manoharan等人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種2自由度力反饋手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)用于脊椎穿刺手術(shù)的訓(xùn)練15,同年，c. staub等人通過(guò)對(duì)phantom premium 1.5進(jìn)行改造并設(shè)計(jì)完成了力反饋手控器用于對(duì)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的控制16。國(guó)內(nèi)對(duì)虛擬手術(shù)的研究工作開(kāi)展較晚，用于虛擬手術(shù)訓(xùn)練的力觸覺(jué)交互技術(shù)研究基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，但也取得了一定成績(jī)。2005年中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研制了一種與真實(shí)手術(shù)刀近似的虛擬手術(shù)刀系統(tǒng)17。2008年上海交通大學(xué)的學(xué)者們利用phamtom desktop和virtual lapa

11、roscopic開(kāi)發(fā)了腹腔鏡手術(shù)虛擬手術(shù)系統(tǒng)用于對(duì)腹腔鏡手術(shù)的訓(xùn)練18。2010年哈爾濱工程大學(xué)的研究者們利用phantom開(kāi)展了虛擬手術(shù)中軟組織實(shí)時(shí)變形算法實(shí)驗(yàn)研究19，同年河南科技大學(xué)利用omega.3開(kāi)展了虛擬手術(shù)的力觸覺(jué)交互技術(shù)的研究20。華南師范大學(xué)的何健等人利用phantom開(kāi)展了虛擬手術(shù)系統(tǒng)的研究21，南京信息工程大學(xué)的張小瑞等利用phantom omni開(kāi)展了雙通道力觸覺(jué)交互的虛擬肺手術(shù)仿真系統(tǒng)研究22。2 虛擬手術(shù)訓(xùn)練的力覺(jué)交互裝置用于虛擬手術(shù)訓(xùn)練的力觸覺(jué)交互裝置對(duì)于手術(shù)水平和效率的提高是至關(guān)重要的，因此對(duì)力觸覺(jué)交互裝置的保真度提出了很高的要求。目前大多數(shù)虛擬手術(shù)系統(tǒng)是利用已

12、商業(yè)化的力觸覺(jué)交互設(shè)備，如sensable 公司的phantom、immersion 公司的cyberforce、force dimension 公司的delta、omega 手控器、novint公司的falcon以及haption公司的virtuose、mimic公司的mantis等，還有一部分是在這些力觸覺(jué)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)后研制的，如西班牙的jose sam martin 等通過(guò)對(duì)phantom 的改進(jìn)，使其適合于關(guān)節(jié)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練23，澳大利亞的arne sieber 等人將微型傳感器安裝于phantom 末端執(zhí)行器，構(gòu)建了能夠反饋三維力的力觸覺(jué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)24，意

13、大利salerno 大學(xué)的andrea f abate 等人利用cyberforce 開(kāi)發(fā)了分娩手術(shù)訓(xùn)練力交互設(shè)備，用于模擬鉆孔的simquest是利用兩個(gè)3自由度的falcon裝配而成的12。除了已商業(yè)化的力覺(jué)交互裝置外，還有部分虛擬手術(shù)力交互設(shè)備應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室或正在研究開(kāi)發(fā)中，如美國(guó)drexel大學(xué)的研究人員研制了用于微創(chuàng)外科手術(shù)的7 自由度的力覺(jué)反饋裝置25。墨西哥的padilla等人研究開(kāi)發(fā)了一種用于前列腺切除手術(shù)訓(xùn)練的力觸覺(jué)交互設(shè)備26，日本的takafumi terada 等人研制開(kāi)發(fā)了用于內(nèi)窺鏡手術(shù)訓(xùn)練觸覺(jué)模擬器27，shohei fujino等人設(shè)計(jì)了類剪刀力覺(jué)裝置用于模擬剪切感

14、覺(jué)28，2009年美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的basafa等人研發(fā)了一種串聯(lián)彈性元件的力覺(jué)裝置用于腹腔鏡檢查虛擬手術(shù)29，2010年加拿大siddharth vikal 等人研制開(kāi)發(fā)的折疊式經(jīng)皮手術(shù)訓(xùn)練的力交互裝置30等，2011年瑞典的suleman khan等人設(shè)計(jì)并優(yōu)化了用于模擬人體硬組織手術(shù)過(guò)程的tau力覺(jué)裝置31， 法國(guó)的chaker等人研究開(kāi)發(fā)了一種球面并聯(lián)的力反饋裝置用于醫(yī)療虛擬手術(shù)32，2009年，上海交通大學(xué)國(guó)家數(shù)字化制造技術(shù)中心宋亞沖等人推出了五維力反饋虛擬手術(shù)裝置33。中國(guó)天津大學(xué)的zhao等人研究了用于模擬微創(chuàng)手術(shù)的高透明度力覺(jué)設(shè)備34，哈爾濱理工大學(xué)開(kāi)展了單自由度和兩自由度

15、的虛擬手術(shù)器具的研究35，北航的學(xué)者們研發(fā)了一種用于牙齒手術(shù)訓(xùn)練的力覺(jué)交互裝置“ifeel3”36，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究者們利用串并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種8自由度力覺(jué)交互裝置37等。3 虛擬手術(shù)訓(xùn)練交互裝置存在的問(wèn)題目前存在的虛擬手術(shù)力觸覺(jué)交互裝置中，不管是已商業(yè)化的力覺(jué)交互裝置，還是基于這些設(shè)備開(kāi)發(fā)的力觸覺(jué)交互裝置，或是其它虛擬手術(shù)力觸覺(jué)交互裝置，大多數(shù)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)力觸覺(jué)交互裝置，主動(dòng)型力觸覺(jué)交互裝置用于虛擬手術(shù)時(shí)具有很大的靈活性，但存在著以下問(wèn)題：（1）穩(wěn)定性相對(duì)較差。這主要是由電機(jī)或其它主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器自身固有的特性造成的；（2）保真性相對(duì)較差。在模擬硬接觸如對(duì)牙齒或骨骼手術(shù)時(shí)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)

16、狀態(tài)易產(chǎn)生振動(dòng)；人體肌體組織特別是內(nèi)臟組織不是完全意義上的彈性體，在受壓、切割或針刺時(shí)是非線性的彈性形變，存在一定的粘滯性特征，主動(dòng)交互裝置在對(duì)些肌體組織手術(shù)過(guò)程的模擬中容易產(chǎn)生失真；（3）存在一定的危險(xiǎn)性，可能存在的系統(tǒng)失效會(huì)使操作者受到傷害，導(dǎo)致系統(tǒng)失效的因素有電機(jī)、放大器、傳感器等故障，也有可能是復(fù)雜控制算法中存在的未被發(fā)覺(jué)的程序錯(cuò)誤，另一方面電機(jī)的反沖力也容易對(duì)操作者產(chǎn)生傷害；（4）體積較大，研究表明，產(chǎn)生相同大小的力，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的體積要比被動(dòng)驅(qū)動(dòng)器大得多，由此造成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量、摩擦力都比較大，也容易造成較大的失真；（5）能耗較大，一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型商業(yè)化力反饋操縱桿對(duì)操作者施加連續(xù)

17、的力消耗功率達(dá)到1030瓦，而一個(gè)臺(tái)式的力交互設(shè)備消耗的能量將更多，因此需要配備外部電源適配器，使設(shè)備的便攜性大打折扣，這也是主動(dòng)力覺(jué)交互設(shè)備設(shè)計(jì)中一個(gè)很大的問(wèn)題。為此，美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院matsuoka 等人利用磁粉制動(dòng)器研發(fā)了一種6自由度被動(dòng)式力交互裝置38，該交互裝置能夠保持較好的穩(wěn)定性、安全性和較低的能耗，但因?yàn)榉答伭Φ漠a(chǎn)生完全依賴于機(jī)械接觸，所以當(dāng)使用快速開(kāi)關(guān)控制器控制時(shí)容易造成系統(tǒng)的振動(dòng)，模擬肌體組織柔順性存在很大難度。更有甚者，摩擦材料具有比較高的動(dòng)摩擦系數(shù)，容易導(dǎo)致粘滑現(xiàn)象發(fā)生，這種現(xiàn)象能夠造成反饋力的不連續(xù)，使模擬過(guò)程出現(xiàn)失真。磁流變液是一種具有發(fā)展前途和工程應(yīng)用價(jià)值的新型智能

18、材料。性能良好的磁流變液在磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生明顯的磁流變效應(yīng)，即在液態(tài)和半固態(tài)之間進(jìn)行快速可逆的轉(zhuǎn)化39，只要對(duì)施加于磁流變液上磁場(chǎng)精確控制并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將可應(yīng)用于力觸覺(jué)交互裝置實(shí)現(xiàn)大范圍的力觸覺(jué)再現(xiàn)，因力是通過(guò)液體的傳動(dòng)而更具穩(wěn)定性，因此能夠應(yīng)用于虛擬手術(shù)力觸覺(jué)交互裝置實(shí)現(xiàn)肌體組織柔順性特征的高保真模擬。enzo pasquale scilingo等人已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了磁流變液在不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)作用下可以模擬不同肌體組織的柔順性40。意大利pisa 大學(xué)的研究學(xué)者們利用磁流變液設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠模擬虛擬物體的形狀和柔順性的新型力觸覺(jué)交互裝置41。日本的teppei tsujita等人利

19、用磁流變液研究開(kāi)發(fā)了用于實(shí)現(xiàn)對(duì)肌體軟組織切割再現(xiàn)的力觸覺(jué)交互設(shè)備42。被動(dòng)式力覺(jué)交互裝置具有穩(wěn)定性好、安全性高以及體積小、重量輕、機(jī)械慣量小及能耗小等優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)法模擬儲(chǔ)能物體如彈性體。盡管磁流變液能夠較好的模擬粘滯性物體，但人的肌體組織同時(shí)具有彈性和粘滯性，enzo pasquale scilingo等人使用磁流變液模擬的肌體柔順性與真實(shí)的肌體組織柔順性還存在著一定的差別。另外，利用被動(dòng)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的力觸覺(jué)交互設(shè)備存在一定的非有益綜合阻尼力，美國(guó)rutgers 大學(xué)的scott h winter 等人利用磁流變液設(shè)計(jì)的一種被動(dòng)式力反饋數(shù)據(jù)手套，其摩擦力超過(guò)1n 43，被動(dòng)力觸覺(jué)交互設(shè)備固有的不足

20、使得這些非有益綜合阻尼力無(wú)法得到補(bǔ)償，因此無(wú)法模擬小于其非有益綜合阻尼力的力，如在模擬無(wú)約束空間運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生失真。4 虛擬手術(shù)訓(xùn)練交互裝置的發(fā)展趨勢(shì)利用主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器補(bǔ)償被動(dòng)力觸覺(jué)交互設(shè)備的非有益綜合阻尼力是一個(gè)較好的解決方案，也有效地解決了被動(dòng)力觸覺(jué)交互裝置模擬儲(chǔ)能元件問(wèn)題，因此，基于主/被動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的力觸覺(jué)交互裝置能夠有效地提高力觸覺(jué)交互的保真度，為虛擬手術(shù)力觸覺(jué)交互技術(shù)開(kāi)拓一片廣闊的研究空間。目前，有部分學(xué)者致力于主/被動(dòng)混合驅(qū)動(dòng)的虛擬手術(shù)力觸覺(jué)交互設(shè)備的研究，如瑞士的evren samur 等人利用電機(jī)/磁粉制動(dòng)器系統(tǒng)用于結(jié)腸鏡檢查模擬，使觸覺(jué)交互裝置能夠在較大的力范圍內(nèi)工作44，domini

21、que chapuis等人將超聲波電機(jī)與電流變液制動(dòng)器混合制動(dòng)器用于介入核磁共振力覺(jué)交互中45，reuben brewer利用電機(jī)/鋁-鋁差動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)混合驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)一個(gè)3自由度力覺(jué)交互設(shè)備46。但不管是基于磁粉制動(dòng)器還是鋁-鋁差動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的混合驅(qū)動(dòng)器，都因其是直接機(jī)械接觸而很難模擬肌體組織的柔順性。電流變液也是一種液體智能材料，其性能與磁流變液相似，但因電流變液的屈服應(yīng)力比磁流變液小近兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此由其研制的力交互裝置能夠模擬的力范圍相對(duì)較小，并且電流變液的性能穩(wěn)定很差，目前還沒(méi)有商業(yè)化的產(chǎn)品，另外電流變液的流變效應(yīng)需要施加很高強(qiáng)度的電場(chǎng)，這可能對(duì)操作者產(chǎn)生傷害，因此電流變液作為功能材料

22、應(yīng)用于虛擬手術(shù)的力觸覺(jué)交互設(shè)備受到很大限制。在真正的手術(shù)中，將針刺入血管或用手術(shù)刀切開(kāi)肌體組織時(shí)，肌體會(huì)產(chǎn)生阻力，訓(xùn)練者正是從阻力中獲取“觸感”并積累經(jīng)驗(yàn)，磁流變液作為一種優(yōu)秀的液體智能材料，在磁場(chǎng)作用下具有很大的屈服應(yīng)力，并且因能夠精確控制其在液-固兩相之間快速轉(zhuǎn)換，所以基于磁流變液的被動(dòng)力觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)器對(duì)于模擬肌體柔順性具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，再將基于磁流變液的被動(dòng)力觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)器與主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合，研制成主/被動(dòng)混合驅(qū)動(dòng)器，將使力觸覺(jué)交互設(shè)備在較大范圍內(nèi)高保真地模擬對(duì)人體各種組織（包括硬組織和柔順性組織）手術(shù)過(guò)程，如利用主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器補(bǔ)償磁流變液驅(qū)動(dòng)器的非有益綜合阻尼力、模擬彈性物體和擴(kuò)大被動(dòng)驅(qū)動(dòng)器力反

23、饋范圍，利用被動(dòng)驅(qū)動(dòng)器模擬肌體組織的柔順性和粘滯性等?；旌向?qū)動(dòng)器能夠有效地解決主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器或被動(dòng)驅(qū)動(dòng)器存在的一系列問(wèn)題，如安全穩(wěn)定差、體積大、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械慣量和摩擦力大、能耗高及無(wú)法模擬彈性物體、無(wú)法補(bǔ)償非有益綜合阻尼力等問(wèn)題，使得力觸覺(jué)交互設(shè)置更加透明并更具保真性，故基于混合驅(qū)動(dòng)器的虛擬手術(shù)力觸覺(jué)交互裝置的研制具有重大的意義。另外，實(shí)際手術(shù)中，大部分手術(shù)過(guò)程需要雙手協(xié)作完成，目前的虛擬手術(shù)系統(tǒng)大多數(shù)采用單個(gè)力觸覺(jué)交互設(shè)備，亦即采用單手操作，而雙手協(xié)作操作更貼近實(shí)際，虛擬手術(shù)中基于雙手操作能使操作者感覺(jué)更真實(shí)，因此對(duì)采用不同結(jié)構(gòu)、具有不同功能的力觸覺(jué)交互裝置實(shí)現(xiàn)操作者雙手協(xié)作完成虛擬手術(shù)的研究

24、具有重要的意義和應(yīng)用前景。5 結(jié)論 綜上所述，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)為幫助外科醫(yī)生更多地參與手術(shù)訓(xùn)練提供了較好的解決方案，力覺(jué)交互裝置在提高訓(xùn)練效率和水平中起著關(guān)鍵性作用，目前用于手術(shù)訓(xùn)練的力覺(jué)交互裝置得到了快速的發(fā)展，但仍然存在著許多問(wèn)題，以基于液體智能材料與主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的混合驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)手術(shù)訓(xùn)練力覺(jué)交互裝置，能夠高保真地模擬對(duì)肌體組織的手術(shù)過(guò)程，將具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 于德棟, 沈國(guó)芳. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在手術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用及展望j.中華口腔醫(yī)學(xué)研究雜志（電子版）, 2011, 5(5):538-5412 付玉錦采用仿真手術(shù)刀的虛擬外科手術(shù)關(guān)鍵技術(shù)研究d. 北京: 中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究

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