2006年08月16日 中国科技信息网
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据ScienceDaily网站报道，通过结合外科医生对计算机三维器官模型的触觉，美国伦赛勒理工学院（RPI）的研究人员们正着手开发一种像许多飞行员在飞行模拟器上学习飞行一样培训外科医生的新手段。美国伦赛勒理工学院研究人员与来自哈佛大学医学院、奥尔巴尼医学中心和麻省理工学院的合作者们一道正开发一种虚拟模拟器，该虚拟模拟器可允许外科医生通过使用用于微创外科(MIS)的真实工具手柄去接触、感觉和操作计算机制作的器官。
伦赛勒先进计算研究实验室主管和机械、航空宇宙与核工程助理教授苏维拉鲁•德说，“最重要的一点就是确立了成功操作一种外科程序是一种外科医生的技能”。他写道，据医学协会2000年的报道显示，每年在医院中死于医疗过失的人数超过了那些死于车辆事故、心脏病或者
艾滋病的人数，因为外科医学缺少足够的培训，所以出现这一状况丝毫不会令人吃惊。
德和他在伦赛勒理工学院的同事们正寻求通过开发一种新型虚拟模拟器来提高外科医生培训水平。新型模拟器以触觉科学(触觉研究)为基础。新型模拟器将为外科医生提供一种沉浸式环境，使他们可以使用在实际外科中使用的工具来接触、感觉和操作计算机制作的三维组织和器官。德说，“触觉在一个外科医生的表现中扮演着基础角色。这不是一种电视游戏。人们的生命正危如累卵，因此如果对外科医生进行此类培训，他们可能会在挽救病人生命时做得更好。”
研究人员在《现场》期刊6月和7月版中发表了一篇
论文，他们在论文中阐述了他们的新计算技术。此项2006年夏天开始的研究工作得到了美国全国卫生研究所4年研究时间的批准和140万美元的研究资助。德在2004年获得了美国全国卫生研究所提供的为期三年的初始阶段研究资助，此项140万美元的研究资助将是初始阶段研究资助的延续。
外科
手术模拟器的计算强度甚至超过了飞行模拟器。德说，为了实现外科手术探测器穿过软组织的触觉反馈，研究人员必须开发出有效的计算机模型，这些模型比实时制图要快30倍，能以约一秒一千次的运算速度解答复杂的偏微分方程组。
德说，目前技术面临的主要挑战是软生物组织的模拟问题。这些组织类型不同，具有黏弹性，这就意味着他们会呈现出固态和液态特性，这类似于咀嚼口香糖。传统技术几乎不可能模拟出像切和烧灼之类的外科手术步骤。
为了克服这些障碍，德研究小组开发出一种称之为点关联有限场(PAFF)通路的计算工具。该工具通过对产生并列和弹性感应的独立和重叠区域点的收集来模拟组织。一个单一的空间点模拟一个位置，点与邻近点之间的关系由物理学方程式来决定。一个固定点随同虚拟工具尖移动，这非常像一个到处漂移的蜜蜂群。
据研究人员称，该方法使程序能迅速完成成千上万个实时接触反馈信息的处理。这使此方法远胜其它方法。德说，“我们的方法也物理学为基础。目前用于外科手术模拟的技术大部分是器官透视图绘制，外科医生们并不是很喜欢它们”。同样以物理学为基础的技术可以使用模拟血液流动和烧灼烟雾的产生，这项技术常用于烧灼组织和防止出血。
目前研究人员正使用真实外科手术过程电视图像来提高他们计算机制作图像的视觉真实感。他们正在人体上进行实验以评估人体器官的机械特性。德与特金德尔•保罗•辛格、伸昂•马丁洛、美国康涅狄格外科手术机构和伤口缝合产品与先进外科手术设备制造商合作，正一同在奥尔巴尼医学中心进行这些实验。
该研究小组同时还计划开发出一台样机，送往贝斯以色列医疗中心的卡尔•夏皮罗模拟和技术中心接受外科医生和外科手术常驻人员的
检验。卡尔•夏皮罗模拟和技术中心是哈佛大学医学院的一个教学医院。来自德克萨斯州大学阿林顿分校人体健康机构的研究人员将为该研究小组提供程序论证的帮助。
在成功开发出样机后，德希望能将该样机应用于更广泛的医学领域。他说，“我们将开发出一个可以触知的‘人’，即一个有关人体解剖的巨大数据库，该数据库可为包括伤害评估与解剖学教学在内的各种用途提供实时相互影响效果。研究的长期目标就是开发出一种甚至可以帮助开发新外科手术工具和技术的更好模拟器”。
作者：
2006-8-16