CN105913718B - 一种埋线提升整形手术仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种埋线提升整形手术仿真系统，涉及虚拟手术系统开发技术领域。本发明的目的是为了能够让用户真实地感知人体面部软组织的生物力学特性，熟悉埋线提升整形手术的步骤，从而提高手术培训的效果和手术成功率。本发明包括：人体面部几何建模模块、人体面部组织物理建模模块、碰撞检测模块、可视化模块、力反馈模块和辅助模块。本发明的方案可基于Visual Studio开发平台，通过自主编程实现虚拟人体面部组织的几何建模、物理建模、碰撞检测、力反馈计算、可视化等。本发明能够降低手术系统的复杂程度和占用内存。

Description

一种埋线提升整形手术仿真系统

技术领域

本发明涉及一种虚拟手术系统建模技术，特别涉及一种埋线提升整形手术仿真系统的开发领域。

背景技术

采用生物蛋白线实现人体面部进行提升的除皱整形手术能够有效地缓解人体面部衰老的问题，使人在视觉上变得年轻，并增加人的自信心。目前，埋线提升整形相关的手术技术在国外较为成熟，而在国内尚未普及，医院或美容机构主要是通过邀请国外医生到国内进行手术培训或国内的医生到国外接受手术培训的方式来掌握埋线提升整形手术技术。邀请国外医生进行手术培训的方式，其培训周期较短，使新医生无法熟练掌握埋线提升整形手术技术，导致整形手术效果不理想。国内医生到国外进行手术培训方式，其培训效果虽然相对较好，但培训费用较高，在国内普及的速度较慢，整容费用也随之升高。

采用虚拟手术系统进行手术培训的方法能够有效地解决上述弊端，但目前绝大部分的虚拟手术系统主要是面向外科治疗为目的，如虚拟肿瘤切割手术系统、骨外科手术仿真系统、内窥镜手术仿真系统等，而以美容为目的的整形手术培训系统相对较少，特别是针对埋线提升整形手术的仿真系统更是甚少。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术中的不足，提供一种埋线提升整形手术仿真系统，能够进行埋线提升整形手术相关的培训，从而提高手术的成功率。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种埋线提升整形手术仿真系统，所述系统包括：

人体面部几何建模模块、人体面部组织物理建模模块、碰撞检测模块、可视化模块、力反馈模块和辅助模块；

人体面部几何建模模块用于生成虚拟的人体面部的三维几何模型，在虚拟环境下，给用户提供手术培训的对象；人体面部几何建模模块还用于导入人体面部的二维断层扫描图像数据，并进行人体面部的二维断层扫描图像数据的阈值筛选、交互式分割和三维表面模型的重建；人体面部几何建模模块还用于进行人体面部的三维几何模型的实体网格划分；

人体面部组织物理建模模块用于对人体面部几何建模模块中生成的人体面部软组织实体网格模型的材料属性的赋值；人体面部组织物理建模模块还用于人体面部软组织的三维实体网格模型在外加载荷和约束条件下的网格节点变形量的数值计算；人体面部组织物理建模模块还用于锁定人体面部软组织的变形状态；

碰撞检测模块用于判断虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间是否发生碰撞；碰撞检测模块还用于检测虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间发生碰撞处的点坐标，并将检测点的坐标信息传输到人体面部组织物理建模模块中；碰撞检测模块还用于模拟虚拟手术器械中的埋线在打结时发生的自碰撞的检测与处理，即加入排斥控制；

可视化模块用于将人体面部几何建模模块中生成的虚拟的人体面部的三维几何模型和虚拟手术器械添加颜色、光照和纹理；可视化模块还用于结合人体面部组织物理建模模块，实时刷新人体面部的三维几何模型的实体网格模型中发生变形的节点的坐标；可视化模块还用于辅助模块中进行皮肤消毒和手术路径画线等工序的颜色渲染；

力反馈模块用于计算虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力；力反馈模块还用于将所计算出的虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力传递给力反馈设备，使用户感知到人体面部软组织真实的力学特性，其中，所述的虚拟手术器械由钝针和埋线两部分组成；力反馈模块还用于计算人体面部软组织在被针刺时的摩擦力和切割力；

辅助模块用于添加并模拟在进行虚拟面部提升整形手术时进行的辅助工序，包括：手术路径画线、局部麻醉、皮肤消毒。

本发明的有益效果是：

在VS2012平台下自主研发一种埋线提升整形手术仿真系统，用户可通过本发明进行埋线提升整形手术相关的手术培训，如PDO埋线提眉术、PDO埋线面部提升术等。本发明无需借助其他例如MIMICS、ANSYS等商业软件，降低了系统的使用成本和复杂程度。本系统可重复多次操作，从而降低了手术培训的成本，也提高了手术的成功率。

通过操控埋线提升整形手术仿真系统的力反馈设备，可以感知人体面部软组织真实的力学特性，还可以感知虚拟的埋线穿过人体面部软组织时的摩擦力和切割力，使用户具有身临其境的感觉。

本发明中将人体面部的皮肤、脂肪、肌肉组织统一视为一种软组织，并将骨组织视为不发生变形的刚体，从而减少了系统计算的时间和占用内存。

在系统的几何建模模块中，可根据患者的二维断层图像数据建立面部的几何模型，能够预测整形手术的效果。针对以面部除皱的整形手术培训的目的，本系统也提供了人体面部的三维几何模型库，减少几何建模的的时间。

附图说明

图1是本发明的流程图，图中1代表人体面部几何建模模块，2代表人体面部组织物理建模模块，3代表碰撞检测模块，4代表可视化模块，5代表力反馈模块，6代表辅助模块。

图2是人体面部软几何建模模块的结构框图。

图3是人体面部组织物理建模模块的结构框图。

图4是碰撞检测模块的结构框图。

图5是埋线提眉术中所用到的手术器械模型的示意图。

图6是埋线面部提升术中所用到的手术器械模型的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的一种埋线提升整形手术仿真系统包括：人体面部几何建模模块1、人体面部组织物理建模模块2、碰撞检测模块3、可视化模块4、力反馈模块5、辅助模块6。

人体面部几何建模模块1用于生成虚拟的人体面部的三维几何模型，在虚拟环境下，给用户提供手术培训的对象；人体面部几何建模模块1还用于导入人体面部的二维断层扫描图像数据，并进行人体面部的二维断层扫描图像数据的阈值筛选、交互式分割和三维表面模型的重建；人体面部几何建模模块1还用于进行人体面部的三维几何模型的实体网格划分(四面体网格)。

人体面部组织物理建模模块2用于对人体面部几何建模模块1中生成的人体面部软组织实体网格模型的材料属性的赋值；人体面部组织物理建模模块2还用于人体面部组织三维实体网格模型在外加载荷和约束条件下的网格节点位移变化量的数值计算；还用于锁定人体面部软组织的变形状态。

碰撞检测模块3用于判断虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间是否发生碰撞；碰撞检测模块3还用于检测虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间发生碰撞处的点坐标，并将检测点的坐标信息传输到人体面部组织物理建模模块2中；碰撞检测模块3还用于模拟虚拟手术器械中的埋线在打结时发生的自碰撞的检测与处理，即加入排斥控制。

可视化模块4用于将人体面部几何建模模块1中生成的虚拟的人体面部的三维几何模型和虚拟手术器械添加颜色、光照和纹理；可视化模块4还用于结合人体面部组织物理建模模块2，实时刷新人体面部的三维几何模型的实体网格模型中发生变形的节点的坐标；可视化模块4还用于辅助模块6中进行皮肤消毒和手术路径画线等工序的颜色渲染。

力反馈模块5用于计算虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力；力反馈模块5还用于将所计算出的虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力传递给力反馈设备，使用户感知到人体面部软组织真实的力学特性，其中，所述的虚拟手术器械由钝针和埋线两部分组成；力反馈模块5还用于计算人体面部软组织在被针刺时的摩擦力和切割力。

辅助模块6用于添加并模拟在进行虚拟的埋线提升整形手术时进行的辅助工序，包括：手术路径画线、局部麻醉、皮肤消毒。

具体实施方式二：

如图2所示，本实施方式所述的人体面部几何建模模块1实现其功能的具体过程为：

1)人体面部的几何模型的三维重建

首先导入人体面部的二维断层扫描图像数据，二维断层扫描图像可以是CT或MRI的DICOM格式数据，也可以是jpg、png等常用格式数据。然后基于MITK类库，根据导入的图像数据中骨组织与软组织的灰度值范围不同的特点，进行阈值筛选，初步分割出二维断层扫描图像中骨组织与软组织的部分。接着进行交互式分割，手动擦除、填补填补图像中的组织与实际解剖学结构不符的部分。最后基于MC算法，建立人体面部的三维表面模型。

2)人体面部的三维几何模型的网格划分

基于NetGen开源库，首先进行人体面部三维表面模型三角面片的减少处理，对人体面部三维表面模型进行优化。然后将人体面部三维表面模型的面网格进行拉伸、旋转，生成人体面部的三维实体网格模型，最后到处节点坐标和单元信息文件，为后续的计算做准备。

3)建立人体面部的三维几何模库

上述1)和2)是用户基于二维断层扫描图像数据，自行建立人体面部几何模型建立的过程。本发明还提供人体面部的三维几何模型库，用户能够从虚拟的埋线提升整形手术仿真系统的人体面部几何模型库中进行手术演练对象的选择。几何模型库可以基于ARIMA、HYPERMESH等软件建立。

本实施方式的其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

如图3所示，本实施方式所述的人体面部组织物理建模模块2实现其功能的具体过程为：

本发明中，人体面部的骨组织认为是刚体，不发生变形。软组织在被针穿刺前发生变形时的生物力学模型采用Mooney-Rivlin超弹性模型，软组织模型的具体形式如式(1)所示：

W＝C₁₀(I₁-3)+C₀₁(I₂-3) (1)

式中，W是应变能密度函数；C₁₀和C₀₁是模型材料常数；I₁和I₂是应变张量的第一、第二主不变量；

结合式(1)，人体面部软组织在外加载荷和约束条件下的网格节点位移通过有限元法计算，具体计算通过在VS平台的C++语言编程实现。因为软组织具有能发生大变形的特征，因此平衡方程可以采用完全拉格朗日法将载荷分布进行求解，求解过程中的非线性方程组可以采用修正的牛顿迭代法、线性方程组可以采用共轭梯度法进行计算。

当手术器械中的埋线为锯齿线时，通过锁定软组织的变形状态来阻止软组织要恢复原状的趋势，实现面部提升的效果，即当软组织的载荷被卸下时，依然保持原来发生变形的状态。

本实施方式的其他组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：

如图4所示，本实施方式所述的碰撞检测模块3实现其功能的具体过程为：

碰撞检测包括粗略检测阶段和详细检测阶段两个步骤，详细检测阶段又可以分为逐步求精层和精确求交层两个层次，并采用基于轴向包围盒(AABB)结构的方式；在操作埋线提升整形手术仿真系统的过程中，埋线在发生自碰撞时的排斥力的计算公式如下：

式中，F_r是排斥力，K₁为排斥力系数，K₂为排斥力非线性增长系数，R为缝合线横截面半径，d_AB为缝合线之间的距离；

本实施方式的其他组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：

本实施方式中，所述的可视化模块4实现其功能的具体过程为：

基于OPENGL工具库，将虚拟人体面部组织的模型进行颜色、光照、材料属性的设置，并将人体面部软组织在发生变形区域的网格节点进行实时的刷新，使得用户通过显示设备(如显示器、投影仪)与埋线提升整形手术仿真系统之间有视觉交互。本实施方式的其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：

本实施方式中，所述的力反馈模块5实现其功能的具体过程为：

本发明中力反馈模块的虚拟仿真手术器械主要包括钝针和埋线，如图5所示为实际埋线提眉术中所用到的手术器械模型示意图，其中两端的实线部分为手术针，起到引导手术线轨迹的作用。图中虚线代表埋线，起到提升、除皱的作用。图6所示为实际的埋线面部提升术中所用到的手术器械模型示意图，其中虚线代表埋线。用户在操控力反馈设备进行触觉交互时，主要是对仿真系统的虚拟的钝针进行控制。

因此，在本发明中，力反馈的形式主要有人体面部软组织在被穿此前、穿刺后的两个阶段，人体面部软组织在穿刺前的反馈力是软组织在发生弹性变形时反馈给虚拟手术器械的力，而人体面部软组织在被穿刺后的反馈力是软组织在被虚拟的钝针穿刺后反馈给虚拟手术器械的摩擦力和针尖穿刺时的切割力之和，反馈力的表达形式如式(2)所示：

F_needle＝F_cutting+F_friction+F_stiffness (3)

式中，F_needle是人体面部软组织在整个手术过程中反馈给虚拟的钝针的总力，F_cutting是人体面部软组织在被穿刺时反馈给虚拟的钝针切割力，F_friction是人体面部软组织在被穿刺时反馈给虚拟的钝针和埋线的摩擦力，F_stiffness是人体面部软组织在穿刺前发生变形时反馈给虚拟的钝针针尖的弹力；

针对本发明中的人体面部软组织，将切割力F_cutting视为一个常数，表达式如下：

式中，t为时间，t_p为人体面部软组织发生穿刺的时间点，t_p时刻人体面部软组织受到的压强达到其极限强度σ_p；

人体面部软组织在被穿刺时反馈给力虚拟的钝针和埋线的摩擦力F_friction在t≥t_p时刻产生，其表达式如下：

式中，n、P、b均为模型的材料常数，为虚拟的钝针的移动速度；

人体面部软组织在穿刺前发生变形时反馈给虚拟的钝针针尖的弹力F_stiffness在t＜t_p时刻产生，其表达式如下：

式中，K是代理弹簧系数，D是阻尼系数；

当人体面部软组织在外力作用下发生变形时，根据其变形量实时的反馈给力反馈设备。

本实施方式的其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：

本实施方式中，所述的辅助模块6实现其功能的具体过程为：

在本发明中，通过添加实际的埋线提升整形手术操作过程中的辅助工序来提高系统的仿真特性，辅助工序包括：手术路径画线、局部麻醉、皮肤消毒；

手术路径画线通过在VS平台下添加画笔功能实现；

局部麻醉通过在3Dmax软件建立麻醉注射器的几何模型，导入到埋线提升整形手术仿真系统中，注射器针管穿刺人体面部软组织的触觉仿真是通过力反馈模块5的具体工作过程来实现的；

皮肤消毒通过在3Dmax软件建立夹起消毒棉的几何模型，导入到埋线提升整形手术仿真系统中，然后将被夹起的消毒棉的几何模型作为画笔功能的笔头，实现消毒区域的颜色改变。

本实施方式的其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

实施例：

为了能更好的说明本发明使用方法以及意义，下面具体举两个例子来阐述本发明的操作过程。

1.埋线面部提升整形手术：

1)人体面部几何模型的建立

首先将DICOM格式CT图像导入到系统当中，进行阈值筛选，初步分割出面部的骨头、和软组织部分。然后进行交互式分割，手动进行修补和擦除图像，完善对阈值筛选过程中产生的不足，并建立人体面部三维表面模型。最后，对三维表面模型进行面网格优化和体网格划分之后导出人体面部组织网格模型的节点坐标和单元信息文件。

2)人体面部组织的物理建模

上一步产生人体面部组织网格模型的节点坐标和单元信息被导入之后，系统的后台进行人体面部软组织的整体刚度矩阵的封装和平衡方程的建立等，为计算人体面部软组织网格模型的变形做准备。

以上操作完成后，方可进行埋线面部提升整形手术的模拟。

3)辅助工序

对建立的人体面部几何模型进行消毒、局部麻醉，并画出穿针的路径。

4)碰撞检测

当用户操作力反馈设备使虚拟的钝针刚要开始或已经接触虚拟人体面部软组织时，给出相应的碰撞反应，包括手术器械与软组织网格模型单元之间发生碰撞的点、单元和交叉的深度等。

5)力反馈计算及其设备

根据人体面部软组织发生的变形量，计算出其反馈力(包括穿刺前的弹力、穿刺后的摩擦力和切割力)，并传到力反馈设备当中。本实施例中，埋线可选为锯齿线来控制面部提升的整容效果。用户可通过操控力反馈设备与虚拟的人体面部组织进行触觉交互，并通过显示器与人体面部提升整形手术系统进行视觉交互，同时进行人体面部提升术的演练。

2.埋线提眉整形手术：

1)人体面部几何模型的建立

在埋线提升整形手术仿真系统的几何模型库中选择手术培训对象，即现有的人体面部组织三维模型，并导出节点坐标和单元信息文件。

2)人体面部组织的物理建模

上一步产生的节点坐标和单元信息被导入之后，系统的后台进行人体面部软组织的整体刚度矩阵的封装和平衡方程的建立等，为计算人体面部软组织网格模型的变形做准备。

以上操作完成后，方可进行埋线提眉整形手术的模拟。

3)辅助工序

对建立的人体面部几何模型进行消毒、局部麻醉，并画出穿针的路径。

4)碰撞检测

当用户操作力反馈设备使虚拟的钝针刚要开始或已经接触虚拟人体面部软组织时，给出相应的碰撞反应，包括手术器械与软组织网格模型单元之间发生碰撞的点、单元和交叉的深度等。当虚拟的埋线需要打结时，系统后台进行碰撞时的自排斥力计算。

5)力反馈计算及其设备

根据人体面部软组织发生的变形量，计算出其反馈力(包括穿刺前的弹力、穿刺后的摩擦力和切割力)，并传到力反馈设备当中。用户可通过操控力反馈设备与虚拟的人体面部组织进行触觉交互，并通过显示器与人体面部提升整形手术系统进行视觉交互。

Claims (7)

1.一种埋线提升整形手术仿真系统，其主要特征为：所述系统包括：人体面部几何建模模块(1)、人体面部组织物理建模模块(2)、碰撞检测模块(3)、可视化模块(4)、力反馈模块(5)和辅助模块(6)；

人体面部几何建模模块(1)用于生成虚拟的人体面部的三维几何模型，在虚拟环境下，给用户提供手术培训的对象；人体面部几何建模模块(1)还用于导入人体面部的二维断层扫描图像数据，并进行人体面部的二维断层扫描图像数据的阈值筛选、交互式分割和三维表面模型的重建；人体面部几何建模模块(1)还用于进行人体面部的三维几何模型的实体网格划分；

人体面部组织物理建模模块(2)用于对人体面部几何建模模块(1)中生成的人体面部软组织实体网格模型的材料属性的赋值；人体面部组织物理建模模块(2)还用于人体面部软组织的三维实体网格模型在外加载荷和约束条件下的网格节点变形量的数值计算；人体面部组织物理建模模块(2)还用于锁定人体面部软组织的变形状态；

碰撞检测模块(3)用于判断虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间是否发生碰撞；碰撞检测模块(3)还用于检测虚拟手术器械与虚拟的人体面部组织模型之间发生碰撞处的点坐标，并将检测点的坐标信息传输到人体面部组织物理建模模块(2)中；碰撞检测模块(3)还用于模拟虚拟手术器械中的埋线在打结时发生的自碰撞的检测与处理，即加入排斥控制；

可视化模块(4)用于将人体面部几何建模模块(1)中生成的虚拟的人体面部的三维几何模型和虚拟手术器械添加颜色、光照和纹理；可视化模块(4)还用于结合人体面部组织物理建模模块(2)，实时刷新人体面部的三维几何模型的实体网格模型中发生变形的节点的坐标；可视化模块(4)还用于辅助模块(6)中进行皮肤消毒和手术路径画线等工序的颜色渲染；

力反馈模块(5)用于计算虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力；力反馈模块(5)还用于将所计算出的虚拟人体面部软组织在发生变形和穿透的过程中对虚拟手术器械反馈的力传递给力反馈设备，使用户感知到人体面部软组织真实的力学特性，其中，所述的虚拟手术器械由钝针和埋线两部分组成；力反馈模块(5)还用于计算人体面部软组织在被针刺时的摩擦力和切割力；

辅助模块(6)用于添加并模拟在进行虚拟面部提升整形手术时进行的辅助工序，包括：手术路径画线、局部麻醉、皮肤消毒。

2.根据权利要求书1所述的一种埋线提升整形手术仿真系统，其特征在于：所述人体面部几何建模模块(1)实现其功能的具体过程为：

1)人体面部的几何模型的三维重建

基于MITK类库，首先根据所导入的人体面部的二维断层扫描图像数据中骨组织与软组织的灰度值范围不同的特点，进行阈值筛选，初步分割出二维断层扫描图像中骨组织与软组织的部分；然后进行交互式分割，手动擦除、填补图像中的组织与实际解剖学结构不符的部分；最后基于MC算法，建立人体面部的三维表面模型；

2)人体面部的三维几何模型的网格划分

基于NetGen开源库，首先进行人体面部三维表面模型三角面片的减少处理，对人体面部三维表面模型进行优化；然后将人体面部三维表面模型的面网格进行拉伸、旋转，生成人体面部的三维实体网格模型；

3)建立人体面部的三维几何模库

上述1)和2)是用户基于二维断层扫描图像数据，自行建立人体面部几何模型建立的过程；本发明还提供人体面部的三维几何模型库，用户能够从虚拟面部提升整形手术仿真系统的人体面部几何模型库中进行手术演练对象的选择。

3.根据权利要求书2所述的一种埋线提升整形手术仿真系统，其特征在于：所述的人体面部组织物理建模模块(2)实现其功能的具体过程为：

本发明中，人体面部的骨组织认为是刚体，不发生变形；

软组织在被针穿刺前发生变形时的生物力学模型采用Mooney-Rivlin超弹性模型，软组织模型的具体形式如式(1)所示：

W＝C₁₀(I₁-3)+C₀₁(I₂-3) (1)

式中，W是应变能密度函数；C₁₀和C₀₁是模型材料常数；I₁和I₂是应变张量的第一、第二主不变量；

结合式(1)，人体面部软组织在外加载荷和约束条件下的网格节点位移通过有限元方法计算，具体的计算通过VS平台的C++语言编程实现；

当手术器械中的埋线为锯齿线时，通过锁定软组织的变形状态来阻止软组织要恢复原状的趋势，实现面部提升的效果。

4.根据权利要求书3所述的一种埋线提升整形手术仿真系统，其特征在于：所述的碰撞检测模块(3)实现其功能的具体过程为：

碰撞检测包括粗略检测阶段和详细检测阶段两个步骤，采用基于轴向包围盒(AABB)结构的方式；在操作虚拟的埋线提升整形手术仿真系统的过程中，埋线在发生自碰撞时的排斥力的计算公式如下：

式中，F_r是排斥力，K₁为排斥力系数，K₂为排斥力非线性增长系数，R为缝合线横截面半径，d_AB为缝合线之间的距离。

5.根据权利要求书4所述的一种埋线提升整形手术仿真系统，其特征在于：所述的可视化模块(4)实现其功能的具体过程为：

基于OPENGL工具库，将虚拟人体面部组织的模型进行颜色、光照、材料属性的设置，并将人体面部软组织发生变形区域的网格节点进行实时的刷新，使得用户与虚拟的埋线提升整形手术仿真系统之间有视觉交互。

6.根据权利要求书5所述的一种埋线提升整形手术仿真系统，其特征在于：所述的力反馈模块(5)实现其功能的具体过程为：

用户通过操作力反馈设备，与虚拟的埋线提升整形手术仿真系统进行触觉交互；在本发明中，力反馈的形式主要有人体面部软组织在被穿刺前、穿刺后的两个阶段，人体面部软组织在穿刺前的反馈力是软组织在发生弹性变形时反馈给虚拟手术器械的力，而人体面部软组织在穿刺后的反馈里是软组织在被钝针穿刺后反馈给虚拟手术器械的摩擦力和钝针针尖穿刺时的切割力之和，反馈力的表达形式如式(3)所示：

F_needle＝F_cutting+F_friction+F_stiffness (3)

式中，F_needle是人体面部软组织在整个手术过程中反馈给手术器械的力，F_cutting是人体面部软组织在被穿刺时反馈给虚拟的钝针的切割力，F_friction是人体面部软组织在被穿刺时反馈给虚拟的钝针和埋线的摩擦力，F_stiffness是人体面部软组织在穿刺前发生变形时反馈给虚拟的钝针针尖的弹力；

针对本发明中的人体面部软组织，将切割力F_cutting视为一个常数，表达式如下：

式中，t为时间，t_p为人体面部软组织发生切割的时间点，t_p时刻人体面部软组织受到的压强达到其极限强度σ_p；

人体面部软组织在被穿刺时反馈给虚拟的钝针和埋线的摩擦力F_friction在t≥t_p时刻产生，其表达式如下：

式中，n、p、b均为模型的材料常数，为虚拟手术器械的移动速度；

人体面部软组织在穿刺前发生变形时反馈给虚拟的钝针针尖的弹力F_stiffness在t＜t_p时产生，其表达式如下：

式中，K是代理弹簧系数，D是阻尼系数；

当人体面部软组织在外力作用下发生变形时，根据其变形量实时地反馈给力反馈设备。

7.根据权利要求书6所述的一种埋线提升整形手术仿真系统，其特征在于：所述的辅助模块(5)实现其功能的具体过程为：

在本发明中，通过添加实际的埋线提升整形手术操作过程中的辅助工序来提高系统的仿真特性，辅助工序包括：手术路径画线、局部麻醉、皮肤消毒；

手术路径画线通过在VS平台下添加画笔功能实现；

局部麻醉通过在3Dmax软件建立麻醉注射器的几何模型，导入到虚拟的埋线提升整形手术仿真系统中，注射器针管穿刺人体面部软组织的触觉仿真通过权利要求书6所述的方法实现；

皮肤消毒通过在3Dmax软件建立夹起消毒棉的几何模型，导入到虚拟的埋线提升整形手术仿真系统中，然后将被夹起的消毒棉的几何模型作为画笔功能的笔头，实现消毒区域的颜色改变。