[发明专利]用于手术机器人的基于力反馈的手术切割训练系统及方法

摘要

用于手术机器人的基于力反馈的手术切割训练系统及方法，涉及一种用于手术机器人的手术切割训练系统，尤其涉及基于力反馈的手术切割训练系统。本发明的目的是为了解决现有的机器人手术切割训练系统中有限元模型结构实时性较差的问题。本发明所述系统包括用于构建3d虚拟环境和3d手术器械模型的3d虚拟环境及3d手术器械模型构建模块、用于构建3d虚拟软组织模型的3d虚拟软组织模型构建模块、用于加载模型大小、位置和渲染模式的模型读取与定位模块、用于确定碰撞位置和时间的切割工具与模型碰撞检测模块、用于实现力触觉，完成力反馈操作的力反馈模块和用于实现面切割和体切割的分类切割模块。本发明适用于手术机器人的手术切割训练。

主权项

用于手术机器人的基于力反馈的手术切割训练系统，其特征在于包括以下模块：3d虚拟环境及3d手术器械模型构建模块，3d虚拟软组织模型构建模块，模型读取与定位模块，切割工具与模型碰撞检测模块，力反馈模块，分类切割模块；(1)所述3d虚拟环境及3d手术器械模型构建模块，用于构建手术切割训练系统的3d虚拟环境和3d手术器械模型；(2)所述3d虚拟软组织模型构建模块，用于构建手术切割训练系统中的3d虚拟软组织模型；3d虚拟软组织模型构建模块是根据Kelvin模型和弹簧模型而建立的具有应力应变、蠕变和应力松弛粘弹性特性的3d虚拟软组织模型；(3)所述模型读取与定位模块，用于加载3d虚拟环境、3d手术器械模型、3d虚拟软组织模型以及设置3d手术器械模型、3d虚拟软组织模型的大小、位置和渲染模式；(4)所述切割工具与模型碰撞检测模块，用于3d手术器械模型和3d虚拟软组织模型的碰撞检测，确定碰撞位置和时间；为后续3d虚拟软组织模型的挤压和切割操作提供检测数据；(5)所述力反馈模块，用于实现力触觉，完成力反馈操作；力反馈模块通过接口连接手术切割训练系统中的3d手术器械模型，建立3d手术器械模型与手术机器人进行切割的真实手术器械的映射关系，并将真实手术器械切割的状态通过力反馈数据加载在手术切割训练系统中，3d手术器械模型在手术切割训练系统中的运动对应手术机器人真实切割过程中真实手术器械的6个自由度方向，即3d手术器械模型在手术切割训练系统中的运动与真实手术器械在真实切割过程中的运动状态相同；(6)所述分类切割模块，用于实现3d虚拟软组织模型的面切割和体切割；分类切割模块根据3d虚拟环境及3d手术器械模型构建模块、3d虚拟软组织模型构建模块、模型读取与定位模块、切割工具与模型碰撞检测模块以及力反馈模块中的数据，对3d虚拟软组织模型的进行切割。