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現代科學技術的發展越來越體現多門學科的交叉和滲透。虛擬手術（Virtual Surgery-VS）作為正在發展起來的研究方向，是集醫學、生物力學、機械學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、數學分析、機械力學、材料學、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領域。其目的是：使用計算機技術（主要是計算機圖形學與虛擬現實）來模擬、指導醫學手術所涉及的各種過程，在時間段上包括了術前、術中、術后，在實現的目的上有手術計劃制定，手術排練演習，手術教學，手術技能訓練，術中引導手術、術后康復等。
虛擬手術這個研究方向目前正在逐步形成之中，與之相關的一些研究方向主要有：醫學可視化（Medical Visualization），醫學增強現實（Medical augmented Reality），醫用機器人，手術模擬（Surgery Simulation），圖象引導手術（Image Guided Surgery），計算機輔助手術（Computer Aided Surgery，Computer Assisted Surgery）等。我們認為使用虛擬手術（Virtual Surgery）這個名詞更加能夠充分體現虛擬現實（Virtual Reality）作為計算機圖形學在醫學治療過程中的作用，充分體現了人機交互和真實感。國外也有稱此方向為虛擬手術室（Virtual Operating Room）或醫學虛擬現實（Medical Virtual Reality）。
虛擬手術是利用各種醫學影像數據，利用虛擬現實技術在計算機中建立一個模擬環境，醫生借助虛擬環境中的信息進行手術計劃、訓練，以及實際手術過程中引導手術的新興學科。
虛擬手術的主要用途有：
◆ 手術方案能夠利用圖像數據，幫助醫生合理、定量地制定手術方案，對于選擇最佳手術路徑、減小手術損傷、減少對臨近組織損害、提高腫瘤定位精度、執行復雜外科手術和提高手術成功率等具有十分重要的意義。虛擬手術系統可以預演手術的整個過程以便事先發現手術中問題[1]。虛擬手術系統能夠使得醫生能夠依靠術前獲得的醫學影像信息，建立三維模型，在計算機建立的虛擬的環境中設計手術過程，進刀的部位，角度，提高手術的成功率。
◆ 手術教學訓練80%的手術失誤是人為因素引起的，所以手術訓練極其重要。醫生可在虛擬手術系統上觀察專家手術過程，也可重復實習。虛擬手術使得手術培訓的時間大為縮短，同時減少了對昂貴的實驗對象的需求。由于虛擬手術系統可為操作者提供一個極具真實感和沉浸感的訓練環境，力反饋繪制算法能夠制造很好的臨場感，所以訓練過程與真實情況幾乎一致，尤其是能夠獲得在實際手術中的手感。計算機還能夠給出一次手術練習的評價。在虛擬環境中進行手術，不會發生嚴重的意外，能夠提高醫生的協作能力。
◆ 術中導航與術中監護 介入治療是在手術過程中進行熒光透視法、超聲、MR下，在圖象的引導下進行定位。而虛擬手術的手術導航無須在介入環境下，將計算機處理的三維模型與實際手術進行定位匹配，使得醫生看到的圖象既有實際圖象，又疊加了圖形，屬于計算機增強現實。如手術使用了第二種成像手段，例如內窺鏡，則將實時觀測的圖象與術前CT或MRI進行匹配定位融合，對齊兩個坐標系并顯示為圖形，引導醫生進行手術。
黎明視景公司和北京解放軍總醫院虛擬仿真實驗室合作，開發了虛擬心臟血管手術模擬系統。通過對心臟、心血管、心房內部、心肺結構等的模擬，實現手術計劃的制定，手術排練演習，手術教學，手術技能訓練，術中引導手術、術后康復等主要功能。
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