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現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越體現(xiàn)多門學(xué)科的交叉和滲透。虛擬手術(shù)（Virtual Surgery-VS）作為正在發(fā)展起來(lái)的研究方向，是集醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、數(shù)學(xué)分析、機(jī)械力學(xué)、材料學(xué)、機(jī)器人等諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域。其目的是：使用計(jì)算機(jī)技術(shù)（主要是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)）來(lái)模擬、指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)所涉及的各種過(guò)程，在時(shí)間段上包括了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后，在實(shí)現(xiàn)的目的上有手術(shù)計(jì)劃制定，手術(shù)排練演習(xí)，手術(shù)教學(xué)，手術(shù)技能訓(xùn)練，術(shù)中引導(dǎo)手術(shù)、術(shù)后康復(fù)等。
虛擬手術(shù)這個(gè)研究方向目前正在逐步形成之中，與之相關(guān)的一些研究方向主要有：醫(yī)學(xué)可視化（Medical Visualization），醫(yī)學(xué)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Medical augmented Reality），醫(yī)用機(jī)器人，手術(shù)模擬（Surgery Simulation），圖象引導(dǎo)手術(shù)（Image Guided Surgery），計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)（Computer Aided Surgery，Computer Assisted Surgery）等。我們認(rèn)為使用虛擬手術(shù)（Virtual Surgery）這個(gè)名詞更加能夠充分體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）作為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在醫(yī)學(xué)治療過(guò)程中的作用，充分體現(xiàn)了人機(jī)交互和真實(shí)感。國(guó)外也有稱此方向?yàn)樘摂M手術(shù)室（Virtual Operating Room）或醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)（Medical Virtual Reality）。
虛擬手術(shù)是利用各種醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)模擬環(huán)境，醫(yī)生借助虛擬環(huán)境中的信息進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃、訓(xùn)練，以及實(shí)際手術(shù)過(guò)程中引導(dǎo)手術(shù)的新興學(xué)科。
虛擬手術(shù)的主要用途有：
◆ 手術(shù)方案能夠利用圖像數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)生合理、定量地制定手術(shù)方案，對(duì)于選擇最佳手術(shù)路徑、減小手術(shù)損傷、減少對(duì)臨近組織損害、提高腫瘤定位精度、執(zhí)行復(fù)雜外科手術(shù)和提高手術(shù)成功率等具有十分重要的意義。虛擬手術(shù)系統(tǒng)可以預(yù)演手術(shù)的整個(gè)過(guò)程以便事先發(fā)現(xiàn)手術(shù)中問(wèn)題[1]。虛擬手術(shù)系統(tǒng)能夠使得醫(yī)生能夠依靠術(shù)前獲得的醫(yī)學(xué)影像信息，建立三維模型，在計(jì)算機(jī)建立的虛擬的環(huán)境中設(shè)計(jì)手術(shù)過(guò)程，進(jìn)刀的部位，角度，提高手術(shù)的成功率。
◆ 手術(shù)教學(xué)訓(xùn)練80%的手術(shù)失誤是人為因素引起的，所以手術(shù)訓(xùn)練極其重要。醫(yī)生可在虛擬手術(shù)系統(tǒng)上觀察專家手術(shù)過(guò)程，也可重復(fù)實(shí)習(xí)。虛擬手術(shù)使得手術(shù)培訓(xùn)的時(shí)間大為縮短，同時(shí)減少了對(duì)昂貴的實(shí)驗(yàn)對(duì)象的需求。由于虛擬手術(shù)系統(tǒng)可為操作者提供一個(gè)極具真實(shí)感和沉浸感的訓(xùn)練環(huán)境，力反饋繪制算法能夠制造很好的臨場(chǎng)感，所以訓(xùn)練過(guò)程與真實(shí)情況幾乎一致，尤其是能夠獲得在實(shí)際手術(shù)中的手感。計(jì)算機(jī)還能夠給出一次手術(shù)練習(xí)的評(píng)價(jià)。在虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的意外，能夠提高醫(yī)生的協(xié)作能力。
◆ 術(shù)中導(dǎo)航與術(shù)中監(jiān)護(hù) 介入治療是在手術(shù)過(guò)程中進(jìn)行熒光透視法、超聲、MR下，在圖象的引導(dǎo)下進(jìn)行定位。而虛擬手術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航無(wú)須在介入環(huán)境下，將計(jì)算機(jī)處理的三維模型與實(shí)際手術(shù)進(jìn)行定位匹配，使得醫(yī)生看到的圖象既有實(shí)際圖象，又疊加了圖形，屬于計(jì)算機(jī)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。如手術(shù)使用了第二種成像手段，例如內(nèi)窺鏡，則將實(shí)時(shí)觀測(cè)的圖象與術(shù)前CT或MRI進(jìn)行匹配定位融合，對(duì)齊兩個(gè)坐標(biāo)系并顯示為圖形，引導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)。
黎明視景公司和北京解放軍總醫(yī)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室合作，開(kāi)發(fā)了虛擬心臟血管手術(shù)模擬系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)心臟、心血管、心房?jī)?nèi)部、心肺結(jié)構(gòu)等的模擬，實(shí)現(xiàn)手術(shù)計(jì)劃的制定，手術(shù)排練演習(xí)，手術(shù)教學(xué)，手術(shù)技能訓(xùn)練，術(shù)中引導(dǎo)手術(shù)、術(shù)后康復(fù)等主要功能。
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