题目：面向心血管介入手术操作的力觉信息测量装置研究

        介入式心导管手术属于微创手术（Minimally Invasive Surgery ,MIS），以其减少术后疼痛、缩短恢复时间、创伤小等优点广泛使用。为更有效快速安全的培训更多的新的介入医生，集成了力反馈功能的介入手术模拟器的研究成为热点，但对于反馈力的真实性却关注不多。为解决此问题，本论文设计研制了能同时测量介入力觉信息和运动信息的机械系统，用于采集经验丰富医师的操作力和力矩，为新的虚拟介入手术培训系统的建立提供量化值，为现有虚拟培训系统提供定量评价标准。

        首先，本文设计了一个面向心血管手术的穿戴式实时介入力觉信息测量装置。为了测量导管与血管间的多区域碰撞交互力，在医生的食指和拇指分别佩戴一个小型的传感器单元，每个传感单元由四个商用一维力传感器通过巧妙的紧凑结构设计。根据传感单元内轴与外套间的相对运动，传感单元能够实时测量导管与血管间交互过程中的一维推拉力和一维旋转力矩。

        其次，针对穿戴式测量装置的测量精度低且不能测量导管运动信息的局限，我们进一步设计了一款手持式测量装置。该装置在导管与血管多区域交互过程中，能同时测量导管移动/转动信息和交互力/力矩信息。通过静态和动态实验，证明本测量装置能实现高于人力觉感知阈值精度的力觉信息测量。进一步通过操作该装置将导管送入玻璃血管模型的实验，对其进行验证。实验结果表明：该装置能很好的测量导管与血管的碰撞力以及由于运动方向的改变而引起力和力矩方向的变化。并能很好的反映力和力矩在关键点（玻璃血管模型的分叉点）处的变化情况。同时，该装置对导管的位姿测量范围和精度能够满足实际手术过程中的运动操作要求。

        最后，我们提出了一种基于测量数据评价现有力反馈算法真实感的方法。通过基于“触觉照相机”的思想，实时记录真实环境中两物体交互过程运动轨迹和交互力，通过矩阵变换计算得到力觉渲染算法的力觉工具（Haptic tool）输入轨迹，输入给待评价的力觉合成算法（例如球树模型），将力反馈算法计算出的碰撞力与触觉照相机采集到的交互力进行比较，以此定量评价该力反馈算法的真实度。