第三届虚拟现实技术及应用创新大赛 IVRTC 2020

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PCI手术模拟器

作品简介

PCI手术模拟器我国自主研制的首台可支持个性化临床数据即时建模仿真的手术模拟器,可用于心内科基础教学、手术技能培训、个性化手术规划与预演、手术效果评估、新型手术技术实验等,在个性化病例数据动态接入、柔性对象物理行为仿真、全手术过程力觉反馈、可定制的术中突发情景仿真、三维逼真绘制与临床影像动态关联展示等方面极具特色,并在物理、视觉、力觉真实感和实时仿真效率等方面具有整体优势。

创新点

该模拟器所具备的数据驱动的心血管系统几何与物理建模、心血管系统实时物理形变仿真、介入导管和导丝物理行为交互仿真、 X光模拟成像、力触觉反馈、三维逼真绘制、术前临床影像数据即时动态关联、生理参数仿真等特色功能,可以满足导丝和导管介入、支架释放、造影剂注射、 X 光成像、紧急情况模拟处置等PCI手术操作的仿真需要,保证了PCI手术仿真的物理、视觉、力触觉的真实感。主要技术创新点包括: 1)个性化临床数据的即时建模处理; 2)基于位置动力学和弹簧质子混合模型的心血管系统物理仿真; 3)基于Cosserat理论的导丝和导管物理仿真; 4)基于光线投射算法的虚拟X光成像; 5)支持全部PCI手术操作的力触觉反馈硬件设计; 6)基于CUDA加速的系统整体实现。

实用性

PCI手术模拟器可缩短技术熟练的心血管介入医生的培养周期、提高培训效果和效率,从而降低培训的临床手术风险,并可进行有效的手术方案规划以及手术预演,提高手术和医疗服务质量,特别地,其实用性具体体现在如下几个方面:
1. 支持个性化临床数据即时几何物理建模;
2. 支持基于真实手术器械的PCI手术操作流程全过程力反馈仿真;
3. 支持手术过程中突发紧急情况的情景设计与仿真;
4. 支持数据驱动的个性化手术规划、预演、新手术实验等临床应用;
5. 支持导丝/导管介入、心脏系统形变、血液与血管交互、支架与造影剂等过程的物理仿真与生理参数耦合;
6. 支持基于力觉和运动测量的手术评价与记录回放;
7. 支持辅助教学的手术场景实时三维逼真绘制;
8. 支持患者全身X光成像实时模拟与显示;
9. 支持高度逼真的人体、手术器械与血管造影成像模拟;
10. 支持模拟操纵C臂机调整成像视角以及视窗大小;
11. 支持X光成像与3D解剖视图联动同步显示。