技术详细介绍
由于自然环境、居住环境和饮食等的污染程度不断加剧和人口结构的老年化，癌症肿瘤已超过心血管疾病成为人类死亡的最大原因(28%)。虽然治疗癌症肿瘤的技术不断进步，外科手术仍然是目前最主要和最有效的手段。实际上，75%的癌症肿瘤最终是通过外科手术进行治疗的,而且其它许多疾病也需要手术治疗。因此，外科手术在医疗系统中毋庸置疑占有极其独特和重要的地位。
近年来，随着医疗影像学、计算机图形学、虚拟现实、力触觉技术、生物力学、机器人以及计算机软硬件技术的迅速发展、交叉和融合，使虚拟手术越来越变得可能，吸引了世界各国科研人员的大量兴趣和医疗界的广泛关注。
虚拟手术是根据病人的医疗影像数据，利用计算机图形图像学理论，重构出病人的虚拟人体软组织模型，模拟出虚拟手术环境、手术过程和现象，医生利用力触觉交互设备与对虚拟的病人对象进行手术操作的手术系统。如图所示为申请者团队研发的虚拟手术系统原型整机外观。
(1)、提出了一种无网格RPIM方法，用于计算软组织的形变过程。由于计算形变时不需要更新网格信息，提高了计算速度。并且将代表软组织的松弛、蠕变和滞后等生物特性的粘弹性引入到模型中，使得仿真具有更高的逼真性；
(2)、通过动态纹理映射渲染高仿真脑组织区域背景，建立了高真实感的实时动态场景信息；对虚拟脑肿瘤模型进行镜面环境纹理映射，获得与脑组织环境同源的真实感纹理；将两者配准融合输出，实现虚实在纹理上的同步效果和高度融合，增强系统的真实感和沉浸感；
(3)、提出了一种基于网格和无网格的混合模型来仿真软组织的切割过程。在组织表面，采用贝塞尔曲线绘制表面切口，使得切口更平滑更加接近物理现实；采用水平集方法快速追踪切割平面的变化，加快了计算的速度，满足了系统实时性要求；
(4)、根据人机工程学设计了一种沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台，该平台符合人体面部的结构，训练者可通过旋钮调节观测中心空间大小以适应不同大小的人体脑部，让脑部与平台更加贴合，最大限度的增强沉浸感；
(5)、采用无源理论保证整个虚拟现实交互系统的稳定性，并在保证系统稳定的前提下获得最大的透明性。