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现代科学技术的发展越来越体现多门学科的交叉和渗透。虚拟手术（Virtual Surgery-VS）作为正在发展起来的研究方向，是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机械力学、材料学、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。其目的是：使用计算机技术（主要是计算机图形学与虚拟现实）来模拟、指导医学手术所涉及的各种过程，在时间段上包括了术前、术中、术后，在实现的目的上有手术计划制定，手术排练演习，手术教学，手术技能训练，术中引导手术、术后康复等。
虚拟手术这个研究方向目前正在逐步形成之中，与之相关的一些研究方向主要有：医学可视化（Medical Visualization），医学增强现实（Medical augmented Reality），医用机器人，手术模拟（Surgery Simulation），图象引导手术（Image Guided Surgery），计算机辅助手术（Computer Aided Surgery，Computer Assisted Surgery）等。我们认为使用虚拟手术（Virtual Surgery）这个名词更加能够充分体现虚拟现实（Virtual Reality）作为计算机图形学在医学治疗过程中的作用，充分体现了人机交互和真实感。国外也有称此方向为虚拟手术室（Virtual Operating Room）或医学虚拟现实（Medical Virtual Reality）。
虚拟手术是利用各种医学影像数据，利用虚拟现实技术在计算机中建立一个模拟环境，医生借助虚拟环境中的信息进行手术计划、训练，以及实际手术过程中引导手术的新兴学科。
虚拟手术的主要用途有：
◆ 手术方案能够利用图像数据，帮助医生合理、定量地制定手术方案，对于选择最佳手术路径、减小手术损伤、减少对临近组织损害、提高肿瘤定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分重要的意义。虚拟手术系统可以预演手术的整个过程以便事先发现手术中问题[1]。虚拟手术系统能够使得医生能够依靠术前获得的医学影像信息，建立三维模型，在计算机建立的虚拟的环境中设计手术过程，进刀的部位，角度，提高手术的成功率。
◆ 手术教学训练80%的手术失误是人为因素引起的，所以手术训练极其重要。医生可在虚拟手术系统上观察专家手术过程，也可重复实习。虚拟手术使得手术培训的时间大为缩短，同时减少了对昂贵的实验对象的需求。由于虚拟手术系统可为操作者提供一个极具真实感和沉浸感的训练环境，力反馈绘制算法能够制造很好的临场感，所以训练过程与真实情况几乎一致，尤其是能够获得在实际手术中的手感。计算机还能够给出一次手术练习的评价。在虚拟环境中进行手术，不会发生严重的意外，能够提高医生的协作能力。
◆ 术中导航与术中监护 介入治疗是在手术过程中进行荧光透视法、超声、MR下，在图象的引导下进行定位。而虚拟手术的手术导航无须在介入环境下，将计算机处理的三维模型与实际手术进行定位匹配，使得医生看到的图象既有实际图象，又叠加了图形，属于计算机增强现实。如手术使用了第二种成像手段，例如内窥镜，则将实时观测的图象与术前CT或MRI进行匹配定位融合，对齐两个坐标系并显示为图形，引导医生进行手术。
黎明视景公司和北京解放军总医院虚拟仿真实验室合作，开发了虚拟心脏血管手术模拟系统。通过对心脏、心血管、心房内部、心肺结构等的模拟，实现手术计划的制定，手术排练演习，手术教学，手术技能训练，术中引导手术、术后康复等主要功能。
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