近幾年研發(fā)出來(lái)的虛擬手術(shù)系統(tǒng)，為醫(yī)生提供一個(gè)虛擬的3D環(huán)境以及可交互操作平臺(tái)，逼真的模擬臨床手術(shù)的全過(guò)程。與傳統(tǒng)的手術(shù)教學(xué)相比，虛擬手術(shù)具有無(wú)損傷性、可重復(fù)性和可指定性等優(yōu)點(diǎn)。但是，該領(lǐng)域的大部分研究?jī)H限于仿真的可視化階段，由于缺乏觸覺(jué)效果，醫(yī)生在虛擬環(huán)境下完成的手術(shù)與臨床環(huán)境差別很大。

為了解決上述難題，力反饋概念引入虛擬手術(shù)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)手術(shù)器械和軟組織等形變過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)值計(jì)算，模擬出軟組織的變形情況和器械受力狀態(tài)，并通過(guò)外接的力反饋輸出設(shè)備，使醫(yī)生在手術(shù)操作中，感知到反饋力的存在，更好的達(dá)到臨床手術(shù)的訓(xùn)練效果。

力反饋關(guān)注的問(wèn)題

一般而言，如果手術(shù)器械未侵蝕（刺入或切割）皮膚等軟組織，它們相互間的作用力可分為兩種：手術(shù)器械對(duì)軟組織表面的正壓力和對(duì)其相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的切向力（摩擦力）。為了更加真實(shí)的模擬出反饋力的效果，必須解決以下兩方面的科學(xué)難題：

1)建立介入器械與軟組織作用的力學(xué)模型。目前，由于建模簡(jiǎn)單和計(jì)算量小的特點(diǎn)，虛擬手術(shù)中力反饋的計(jì)算大多采用彈簧阻尼模型，即根據(jù)手術(shù)器械侵入軟組織的深度和速度，計(jì)算出末端反饋力的大小。

2)設(shè)計(jì)數(shù)值模擬算法，實(shí)時(shí)模擬軟組織的形變情況和器械末端的受力狀態(tài)。質(zhì)點(diǎn)彈簧模型是將軟組織離散為一組以彈簧相連的質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格，根據(jù)彈簧的彈性系數(shù)計(jì)算出軟組織形變效果。由于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型和有限元模型自身存在的缺點(diǎn)，這兩種方法很難應(yīng)用于虛擬手術(shù)反饋力的計(jì)算。