本技術涉及自適應力反饋計算，具體為一種基于個體化虛擬腹腔鏡手術的自適應力反饋方法、設備、介質。

背景技術：

1、隨著現代臨床醫學的進步，以及公眾對精準醫療服務的需求不斷增長，數字化、個體化、精準化和微創化的腹腔鏡手術已成為臨床迫切需求和醫療科技發展的前沿領域。然而，當前世界范圍內腹腔鏡領域普遍面臨系統訓練模式單一、缺乏針對不同病灶的個體化訓練模塊，缺乏針對不同組織、不同器官的自適應力反饋模塊，缺乏手術模擬的真實性，不利于臨床醫生的術前模擬訓練。

2、公開號為cn112528529a的中國專利申請文件公開了一種腹腔鏡裸眼模擬現實方法，其提出有限元仿真接觸碰撞檢測方法與臟器體模型的軟組織材料失效準則；進行充氣壓力、呼吸運動以及手術器械牽拉、擠壓、切割等外部因素對臟器體模型形變影響實驗與分析，確定不同因素與組織之間的相互作用力大小，設定接觸碰撞與破裂的作用力閾值，設計基于力響應的載荷與器官組織的接觸碰撞檢測方法，并進行完整臟器的有限元模型仿真、優化與驗證。臟器軟組織在載荷作用下會發生變形或破裂，而破裂問題的核心是確定不同器官組織的失效準則。該方案基于材料的畸變能理論研究臟器的組織失效準則，即臟器體模型組織的畸變能密度達到其極限值，材料發生破壞，并利用abaqus軟件子程序vumat對軟組織超彈性材料屬性及失效準則進行定義。但是該方法無法實現不同組織器官之間快速精準的自適應力反饋參數的切換。

3、由此可見，迫切需要開發一種新的基于虛擬腹腔鏡手術的自適應力反饋方法，以有效提高自適應力反饋切換的處理速度和準確性，提升虛擬手術的質量和真實性。

技術實現思路

1、本技術旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本技術提供了一種基于個體化虛擬腹腔鏡手術的自適應力反饋方法、設備、介質，能夠針對不同組織器官的類型自適應切換力反饋參數，提升了虛擬手術的質量和真實性。

2、為實現上述目的，第一方面，本技術提供了一種基于虛擬腹腔鏡手術的自適應力反饋方法，包括：

3、檢測虛擬手術器械觸覺筆尖是否與腹腔組織/器官模型發生接觸；其中，所述腹腔組織/器官模型最外層包覆有表面膜，當虛擬手術器械觸覺筆尖與表面膜發生接觸即判定其與相應腹腔組織/器官模型發生接觸；

4、若所述虛擬手術器械觸覺筆尖與腹腔組織/器官模型發生接觸，識別發生接觸的腹腔組織/器官模型的類型，并切換至相應腹腔組織/器官模型的力反饋參數設置進行力反饋計算；

5、檢測虛擬手術器械觸覺筆尖是否貫穿表面膜進入腹腔組織/器官模型內部，若是，則基于已切換的力反饋參數設置進行力反饋計算，并進行場景渲染。

6、優選地，所述腹腔組織/器官模型建模的過程包括：

7、獲取臨床醫學影像數據，對所述臨床醫學影像數據進行預處理；

8、將預處理后的臨床醫學影像數據輸入至mamba-cnn聯合分割模型進行分割處理，輸出組織器官分割圖像；其中，所述mamba-cnn聯合分割模型在編碼器低階部分采用cnn網絡捕捉局部和細節特征，在編碼器高階部分采用mamba模型提取全局依賴特征；

9、基于三維影像重建技術，構建相應組織器官的腹腔組織/器官模型。

10、優選地，所述表面膜通過對組織器官分割圖像進行膨脹生成，包裹腹腔組織/器官模型；通過調節表面膜的膨脹系數改變表面膜到腹腔組織/器官模型的距離，通過改變降采樣參數調節構成表面膜的最小單元大小和數量。

11、優選地，所述表面膜設置有膨脹系數調整策略，所述膨脹系數調整策略被配置為：當虛擬手術器械動作的加速度增加時，所述表面膜的膨脹系數增加，當虛擬手術器械動作的加速度減小時，所述表面膜的膨脹系數減小；其中，膨脹系數表示以膨脹結構核為中心向外膨脹的程度。

12、優選地，所述表面膜通過對組織器官分割圖像進行膨脹生成的步驟包括：

13、獲取組織器官分割圖像；

14、對所述組織器官分割圖像以膨脹結構核為中心進行膨脹處理；

15、利用面繪制重建方法，對膨脹后的組織器官進行表面三維重建，生成表面膜，并標定表面膜的三維空間坐標范圍。

16、優選地，所述面繪制重建方法采用輪廓線法、行進立方法、等值面法中的一種。

17、優選地，所述表面膜設置有空間分辨率調整策略，所述空間分辨率代表所述表面膜單位面積上的三角網格數量的多少，三角網格數量越多，表面膜的空間分辨率越高；所述空間分辨率調整策略被配置為：當虛擬手術器械觸覺筆尖與表面膜的最小垂直距離小于第一閾值時，通過增加降采樣參數來提高表面膜的空間分辨率。

18、優選地，檢測虛擬手術器械觸覺筆尖是否與腹腔組織/器官模型發生接觸的步驟包括：

19、實時采集虛擬手術器械的三維空間坐標；

20、基于虛擬手術器械的三維空間坐標和各腹腔組織/器官模型表面膜的三維空間坐標范圍，采用碰撞檢測算法對虛擬手術器械觸覺筆尖與所有腹腔組織/器官模型的表面膜進行碰撞檢測；

21、若虛擬手術器械觸覺筆尖與任一腹腔組織/器官模型的表面膜發生碰撞，則認定虛擬手術器械觸覺筆尖與腹腔組織/器官模型發生接觸。

22、優選地，識別發生接觸的腹腔組織/器官模型的類型的步驟包括：

23、記錄虛擬手術器械觸覺筆尖與腹腔組織/器官模型發生接觸的三維坐標位置；

24、判斷所述三維坐標位置與各腹腔組織/器官模型表面膜的三維空間坐標范圍的所屬關系；

25、若所述三維坐標位置落入相應腹腔組織/器官模型表面膜的三維空間坐標范圍內，則認定虛擬手術器械觸覺筆尖與相應腹腔組織/器官模型發生接觸。

26、優選地，所述碰撞檢測算法采用obb算法、sat算法、fcl三角面檢測算法中的一種。

27、第二方面，本技術提供了一種電子設備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序，以實現上述任一項所述的自適應力反饋方法。

28、第三方面，本技術提供了一種計算機可讀存儲介質，包括計算機程序，當所述計算機程序在電子設備上運行時，使得所述電子設備執行上述任一項所述的自適應力反饋方法。

29、第四方面，本技術提供了一種個體化虛擬手術操作裝置，包括上述電子設備。

30、基于上述技術方案可知，本技術的基于虛擬腹腔鏡手術的自適應力反饋方法，相對于現有技術，至少具備如下有益效果之一：

31、1、本發明為了保證虛擬手術器械在接觸腹腔組織/器官模型時產生力反饋的靈敏度，在對組織器官進行體繪制的基礎上增加一層精細化表面膜，作為自適應切換力反饋參數的邊界。該精細化表面膜具有較高的空間分辨率，有助于減少對組織器官碰撞檢測的誤判。

32、2、本發明根據虛擬手術器械動作的加速度對表面膜的膨脹系數進行調整，并且依據虛擬手術器械觸覺筆尖與表面膜的最小垂直距離對表面膜的空間分辨率進行調整，大大提升了計算速度和碰撞檢測識別準確度。

33、本技術的其他特征和優點將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本技術了解本技術的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。