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現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展越來越體現(xiàn)多門學科的交叉和滲透。虛擬手術(shù)（Virtual Surgery-VS）作為正在發(fā)展起來的研究方向，是集醫(yī)學、生物力學、機械學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、數(shù)學分析、機械力學、材料學、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域。其目的是：使用計算機技術(shù)（主要是計算機圖形學與虛擬現(xiàn)實）來模擬、指導(dǎo)醫(yī)學手術(shù)所涉及的各種過程，在時間段上包括了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后，在實現(xiàn)的目的上有手術(shù)計劃制定，手術(shù)排練演習，手術(shù)教學，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)學可視化（Medical Visualization），醫(yī)學增強現(xiàn)實（Medical augmented Reality），醫(yī)用機器人，手術(shù)模擬（Surgery Simulation），圖象引導(dǎo)手術(shù)（Image Guided Surgery），計算機輔助手術(shù)（Computer Aided Surgery，Computer Assisted Surgery）等。我們認為使用虛擬手術(shù)（Virtual Surgery）這個名詞更加能夠充分體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）作為計算機圖形學在醫(yī)學治療過程中的作用，充分體現(xiàn)了人機交互和真實感。國外也有稱此方向為虛擬手術(shù)室（Virtual Operating Room）或醫(yī)學虛擬現(xiàn)實（Medical Virtual Reality）。
虛擬手術(shù)是利用各種醫(yī)學影像數(shù)據(jù)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機中建立一個模擬環(huán)境，醫(yī)生借助虛擬環(huán)境中的信息進行手術(shù)計劃、訓(xùn)練，以及實際手術(shù)過程中引導(dǎo)手術(shù)的新興學科。
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，對于選擇最佳手術(shù)路徑、減小手術(shù)損傷、減少對臨近組織損害、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)的整個過程以便事先發(fā)現(xiàn)手術(shù)中問題[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)學影像信息，建立三維模型，在計算機建立的虛擬的環(huán)境中設(shè)計手術(shù)過程，進刀的部位，角度，提高手術(shù)的成功率。
◆ 手術(shù)教學訓(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)過程，也可重復(fù)實習。虛擬手術(shù)使得手術(shù)培訓(xùn)的時間大為縮短，同時減少了對昂貴的實驗對象的需求。由于虛擬手術(shù)系統(tǒng)可為操作者提供一個極具真實感和沉浸感的訓(xùn)練環(huán)境，力反饋繪制算法能夠制造很好的臨場感，所以訓(xùn)練過程與真實情況幾乎一致，尤其是能夠獲得在實際手術(shù)中的手感。計算機還能夠給出一次手術(shù)練習的評價。在虛擬環(huán)境中進行手術(shù)，不會發(fā)生嚴重的意外，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 介入治療是在手術(shù)過程中進行熒光透視法、超聲、MR下，在圖象的引導(dǎo)下進行定位。而虛擬手術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航無須在介入環(huán)境下，將計算機處理的三維模型與實際手術(shù)進行定位匹配，使得醫(yī)生看到的圖象既有實際圖象，又疊加了圖形，屬于計算機增強現(xiàn)實。如手術(shù)使用了第二種成像手段，例如內(nèi)窺鏡，則將實時觀測的圖象與術(shù)前CT或MRI進行匹配定位融合，對齊兩個坐標系并顯示為圖形，引導(dǎo)醫(yī)生進行手術(shù)。
黎明視景公司和北京解放軍總醫(yī)院虛擬仿真實驗室合作，開發(fā)了虛擬心臟血管手術(shù)模擬系統(tǒng)。通過對心臟、心血管、心房內(nèi)部、心肺結(jié)構(gòu)等的模擬，實現(xiàn)手術(shù)計劃的制定，手術(shù)排練演習，手術(shù)教學，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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