具有触觉反馈功能的实时虚拟减肥内镜模拟器的设计与开发

《ACM Transactions on Sensor Networks》：Design and Development of a Real-Time Virtual Bariatric Endoscopic Simulator with Haptic Feedback

虚拟肥胖症内窥镜训练系统ViBE针对胃袖状切除手术设计，填补专用工具空白。系统由软件仿真、硬件设备及交互接口组成，软件含缝合算法与软体物理模拟，硬件采用USB-HID和计算机视觉接口，实现低延迟（<75ms）与高帧率（55FPS），优化手术培训效果。

　　

摘要

虚拟减肥内镜（ViBE）模拟器专为内镜袖状胃成形术（ESG）设计，这是一种微创减肥手术。虽然已有针对减肥手术的虚拟模拟器，但专门针对ESG的工具有所欠缺。ViBE模拟器填补了这一空白，它提供了一种比实体模型更具成本效益的替代方案，并提升了ESG培训的效果。该模拟器由三个主要部分组成：软件模拟、硬件以及连接两者的硬件接口。软件专注于ESG相关操作，如标记、缝合和组织牵拉，并包含缝合算法和软体物理模拟功能。模拟器配备了两种人机交互界面：一种采用USB-HID协议和光学编码器以及ARM Cortex M7芯片；另一种则利用计算机视觉技术来操作精密器械。计算机视觉界面简化了机械设计。性能测试结果显示，平均帧率为55帧/秒（FPS），渲染时间在2毫秒至4毫秒之间，求解器运行时间在16毫秒至18毫秒之间；端到端延迟低于75毫秒，触觉反馈力每1毫秒更新一次。ViBE模拟器旨在提升ESG培训和缝合技术，展现了其作为高效学习工具的潜力，具备出色的软件性能和极低的硬件延迟。