TWI678685B

TWI678685B - 關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統

Info

Publication number: TWI678685B
Application number: TW107115458A
Authority: TW
Inventors: 蔡明達; Ming-Dar Tsai; 謝銘勳; Ming-Shium Hsieh
Original assignee: 中原大學; Chung Yuan Christian University; 行天宮醫療志業醫療財團法人恩主公醫院; En Chu Kong Hospital
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2019-12-01
Also published as: TW201947556A

Abstract

本發明提出一種關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統。關節鏡手術模擬方法包括：接收組織資料並對組織資料進行容積初始化操作及邊界化操作以獲得容積資料，容積資料包括多個容積素，每個容積素具有距離層級；從觸覺裝置接收觸覺輸入以模擬切割裝置與容積素交叉；根據容積資料及觸覺輸入計算容積素的距離層級的變化；以及根據容積素的距離層級的變化將力道回饋到觸覺裝置。

Description

關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統

本發明是有關於一種關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統，且特別是有關於一種先在電腦程式環境下模擬以提高手術成功率的關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統。

計算機圖學的一個主要醫學應用為提供手術模擬。人體中最大的關節-膝關節的手術在所有關節中比重最高，且術式種類也多。膝關節手術主要可分兩類。第一類需打開膝蓋對構成膝關節的股骨、脛骨及髕骨進行手術。另一類為關節鏡手術，僅在膝關節打開細微傷口讓一個關節鏡進入觀察關節面組織，並同時由另一細微傷口讓手術工具進入進行關節修補、置換韌帶、切刮除半月板、刮平骨頭表面軟骨以緩和退化性關節炎等手術。然而，直接進行手術對醫療人員也是較大的挑戰，因此如何能在手術前進行模擬，以提高手術的成功率是本領域技術人員應致力的目標。

有鑑於此，本發明提供一種關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統，讓醫療人員可在手術前進行模擬以提高手術的成功率。

本發明提出一種關節鏡手術模擬方法，包括：接收組織資料並對組織資料進行容積初始化操作及邊界化操作以獲得容積資料，容積資料包括多個容積素，每個容積素具有距離層級；從觸覺(haptic)裝置接收觸覺輸入以模擬切割裝置與容積素交叉；根據容積資料及觸覺輸入計算容積素的距離層級的變化；以及根據容積素的距離層級的變化將力道回饋到觸覺裝置。

在本發明的一實施例中，上述關節鏡手術模擬方法更包括：分派對應每個容積素的六對面碼(face-flag)的多個立方格(cube)結構，並重建或修改多個組織三角形且將組織三角形記錄於立方格結構中。

在本發明的一實施例中，上述關節鏡手術模擬方法更包括：透過繪圖管線(graphics pipeline)來描繪(render)組織三角形以產生三維影像。

在本發明的一實施例中，上述關節鏡手術模擬方法更包括：從容積素的種子容積素，遍歷解剖結構的所有容積素，直到到達其他解剖結構、或解剖結構中屬於不同組織、或解剖刀切割表面的容積素的邊界面，來修改包括解剖結構及其他解剖結構的多個解剖結構。

在本發明的一實施例中，上述關節鏡手術模擬方法更包括：遍歷解剖結構中的立方格結構，並藉由將立方格結構中的多個三角形乘上多個矩陣來轉換三角形以模擬解剖結構的轉換。

在本發明的一實施例中，上述關節鏡手術模擬方法更包括：將對應三角形的多個三角形頂點乘上兩個縮放(scaling)矩陣、轉譯(translation)矩陣及旋轉矩陣來獲得轉換後的三角形頂點。

本發明提出一種關節鏡手術模擬系統，包括：電子裝置及耦接到電子裝置的觸覺裝置。上述電子裝置接收組織資料並對組織資料進行容積初始化操作及邊界化操作以獲得容積資料，容積資料包括多個容積素，每個容積素具有距離層級；從觸覺裝置接收觸覺輸入以模擬切割裝置與容積素交叉；根據容積資料及觸覺輸入計算容積素的距離層級的變化；以及根據容積素的距離層級的變化將力道回饋到觸覺裝置。

在本發明的一實施例中，上述電子裝置分派對應每個容積素的六對面碼的多個立方格結構，並重建或修改多個組織三角形且將組織三角形記錄於立方格結構中。

在本發明的一實施例中，上述電子裝置透過繪圖管線來描繪組織三角形以產生三維影像。

在本發明的一實施例中，上述電子裝置從容積素的種子容積素，遍歷解剖結構的所有容積素，直到到達其他解剖結構、或解剖結構中屬於不同組織、或解剖刀切割表面的容積素的邊界面，來修改包括解剖結構及其他解剖結構的多個解剖結構。

在本發明的一實施例中，上述電子裝置遍歷解剖結構中的立方格結構，並藉由將立方格結構中的多個三角形乘上多個矩陣來轉換三角形以模擬解剖結構的轉換。

在本發明的一實施例中，上述電子裝置將對應三角形的多個三角形頂點乘上兩個縮放矩陣、轉譯矩陣及旋轉矩陣來獲得轉換後的三角形頂點。

基於上述，本發明的關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統可接收組織資料以獲得容積資料，並從觸覺裝置接收觸覺輸入，再根據容積資料及該觸覺輸入計算容積資料的容積素的距離層級的變化，最後將一力道回饋到觸覺裝置。如此一來，即可模擬進行手術時的各種術式，進而避免實際手術時遇到的問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為根據本發明一實施例的關節鏡手術模擬系統的系統架構的示意圖。

請參照圖1，本發明一實施例的關節鏡手術模擬系統包括電子裝置(未繪示於圖中)及耦接到電子裝置的觸覺裝置101。電子裝置可接收組織資料102，並輸出三維影像103，並執行其他部分步驟中的運算。組織資料102可包括斷層掃描(CT)資料、核磁共振(MRI)資料及移植物資料。電子裝置可包括處理器、繪圖卡及記憶體。觸覺裝置101可為地球魔術(Geomagic)公司的幽靈桌面(PHANToM Desktop)。觸覺裝置101的軟體可用一程式開發軟體(例如Visual C++)來實作，並可使用一函式庫(例如OpenGL函式庫)來描繪(render)三角化組織表面，並使用另一函式庫(例如 HDDIV函式庫)來獲得六維觸覺裝置資料(例如，觸覺裝置101的三維座標加上相對於上述三維座標的角度)。

在容積初始化與邊緣化模組104中，關節鏡手術相關的組織(例如，骨頭、韌帶、半月板及軟骨)可透過三維介面自動邊界化或由手術人員手動邊界化。從核磁共振資料構成的容積中的每個容積素(voxel)會被分派組織碼及結構碼，分別代表一個容積素的組織類型及解剖結構。每個容積素還會被分派六對面碼(face-flag)及距離層級(distance level)來代表此容積素周圍的組織表面的拓樸變化或幾何變化。距離層級表示了沿著上述容積的座標系統的一些主要座標軸的方向，從容積素中心到組織表面的距離。容積素的寬度可被分割為256個區間(即，距離層級)以代表在具有每個觸覺步驟(1000Hz)中工具輸送率超過0.008mm的精細0.5mm的容積素寬度下的組織表面變化，如同典型的組織切割操作。同時，面碼可用以表示一個容積素的相鄰容積素屬於不同組織或不同解剖結構。藉由容積初始化與邊緣化模組104的運算，可產生擴展容積資料及動態立方格資料105。

亮度表面重建模組106可分配對應容積素的面碼的動態立方格資料並重建或修改要被記錄在動態立方格結構中的組織三角形(或表面三角形107)。描繪(rendering)模組108可藉由切割模擬中的標準繪圖管線描繪所有的組織三角形來獲得即時(30Hz)的視覺回應，因為只有少數的動態立方格資料在上述視覺步驟中需要被修改、刪除或新增分配。藉由電腦輔助設計軟體(例如：AutoCAD)設計及輸出成灰階資料的人工膝蓋、骨頭、或移植韌帶也可以相同的擴展容積素及立方格資料結構來擴展。

觸覺輸入模組109可在每個觸覺步驟中接收觸覺輸入110。觸覺輸入110可包括六維資料與觸覺裝置101的虛擬工具形狀。六維資料包括觸覺裝置101的三軸位置P及三軸向量z。基於容積素的模擬模組111可使用觸覺輸入來模擬出移動的切割工具或手術刀與容積素交叉。即時(Real-time)的觸覺模擬切割可透過計算每個觸覺步驟中被移動工具所牽動的容積素的距離層級來計算。觸覺回饋模組112會根據觸覺模擬切割將計算出的力道回饋到觸覺裝置101使得外科醫生可感受到即時的切割。在基於容積素的模擬模組111中，解剖結構的刪除、分割及融合可透過從一個種子容積素(例如，圖2的種子S)遍歷(traverse)一解剖結構的所有容積素，直到到達其他解剖結構(例如，圖2的解剖結構B)、或解剖結構(例如，圖2的解剖結構A)中屬於不同組織、或解剖刀切割表面的容積素的邊界面來實作。上述從種子容積素遍歷解剖結構的所有容積素的方法又可稱為種子溢出演算法(Seed and flood algorithm)。

基於立方格的模擬模組113也可使用種子溢出演算法來遍歷一個解剖結構中的所有立方格資料結構，並藉由將立方格中的三角形乘上多個矩陣來轉換立方格中的三角形，來模擬解剖結構的轉換(例如，轉譯、旋轉、改變大小或彎曲)。在上述三角形轉換過程中，可實作碰撞測試(將於下文中再進行詳細說明)來檢查解剖結構是否與其他解剖結構碰撞，並在解剖結構的轉換過程之後實作推移(push)模擬(將於下文中再進行詳細說明)。

以下將透過實施例來說明立方格架構及立方格架構的復位(reposition)及改變大小的模擬方法。

在一實施例中，動態立方格資料可包括索引號碼(index number)、四個三角形及表單號碼(list number)。索引號碼指示出立方格容積素的組織類型(例如，骨頭、半月板、軟骨、韌帶或空氣)及立方格分類。一個立方格的四個組織三角形可對應立方格分類來產生。上述三角形會儲存在立方格結構中接著儲存在繪圖管線中。表單號碼指示出繪圖管線中用來改善描繪速度的立方格三角形。當立方格容積素的距離層級或面碼改變時，表單號碼所指示的繪圖管線中的立方格三角形會被刪除，且會分派一個新的表單號碼來指示最新儲存於繪圖管線中的重造的組織三角形。

以下為種子溢出演算法的虛擬程式碼。

[種子溢出演算法] 重覆下列步驟直到種子堆疊(stack)為空堆疊。步驟1：從種子堆疊中彈出(pop)一個種子容積素。(初始種子會在解剖結構中被指定)。步驟2：從種子沿著容積座標系統的X軸方向再沿著-X軸方向來遍歷容積素直到具有邊界面的容積素，在每個遍歷的容積素的動態立方格結構中尋找組織頂點(vertices)，並將每個頂點乘上矩陣Mv且將每個頂點關聯的法線表面(surface normal)乘上矩陣Mn。測試碰撞並更新結構的碰撞距離。步驟3：在遍歷的X/-X擴張過程中增加Y、-Y、Z、-Z並尋找新種子來堆疊進入種子堆疊中。新種子是在目前容積素擴張中在其鄰居容積素之間沒有邊界面但在X或-X方向上具有邊界面的種子。邊界面的定義為切割表面(相同組織的兩個容積素間的容積素面)、組織邊界(相同組織的容積素間的容積素面)或自然邊界(組織及空氣容積素間的容積素面)。

種子溢出演算法顯示了從一種子容積素，遍歷一解剖結構的所有容積素，直到到達其他解剖結構、或該解剖結構中屬於不同組織、或一解剖刀切割表面的容積素的邊界面，如圖2所示。每個遍歷的三角型頂點V藉由乘上矩陣Mv來轉換。矩陣Mv為兩個縮放矩陣(Sw、Sv)、一轉譯矩陣(T)及一旋轉矩陣(R)所相乘的矩陣。例如：V’=MvP=RTSvSwV。而頂點的法線表面N會與矩陣Mn相乘。矩陣Mn為R、Sw、Sv相乘的矩陣。例如：N’=MnN=RSvSwN。N’與V’成為轉換後的遍歷頂點的位置及法線表面。由於解剖結構的所有立方格資料結構的組織頂點會在轉換後改變，繪圖管線中所有立方格結構的表單號碼所指示的三角形會被刪除，且新的表單號碼繪被分派以指出最新儲存在繪圖管線中的轉換後的組織三角形。圍繞立方體結構的邊界表面，例如解剖刀切割表面，也會由相同矩陣進行轉換，因此會在轉換後保持為邊界表面。

圖3A到圖3E為根據本發明一實施例的結構轉換示意圖。

為了決定種子溢出演算法中的矩陣，圖3A到圖3C標出了兩組點對(pair of points)AB及A’B’。A與B為解剖結構上的指定點，且對應的點A’與B’為結構轉換後A與B的期望點。轉譯矩陣T藉由轉譯向量v來決定。v是從結構中的第一指定點A起始且結束於結構轉換後的第一指定點A’的向量。第一指定點A’同時也是旋轉中心。圖3C中的旋轉角度θ藉由兩個指定向量AB與A’B’的內積來決定。同時，旋轉軸藉由指定向量AB與A’B’的外積來決定。因此，旋轉矩陣R就可藉由旋轉中心、旋轉角度及旋轉軸來決定。Sw代表了沿著指定向量AB的縮放(例如，伸長或縮短)比例。此縮放比例是兩個指定向量AB與A’B’的長度的比值。然而，若解剖結構為硬(rigid)結構，則縮放比例會設定為1且第二指定點B’會調整成讓兩個指定向量AB與A’B’具有相同的長度。Sv代表了沿著垂直於指定向量的方向的縮放比例。Sv可設置為與Sw的比值相關，例如Sw的平方根的倒數，如此可節省解剖結構的操作容積。

在圖3A到圖3D中，兩組接續點可被指定來決定解剖結構中用於接續區段(section)的連接矩陣(concatenating matrix)。(A,B,C)為解剖結構上的指定點組(set of points)，且對應的(A’,B’,C’)為結構轉換後(A,B,C)的期望點組。這兩組指定點決定了接續的對應點對，例如AB與A’B’，以及BC與B’C’。任一組指定點組的連接點(例如，B或B’)同時為其中一個點對(例如，AB或A’B’)的第二點及另一個點對(BC或B’C’)的第一點。用於轉換解剖結構各個區段的連接矩陣藉由對應的指定點對來決定，例如AB與A’B’，以及BC與B’C’。一個通過連接點B的連接平面可被指定或自動分派使其垂直於AB軸。連接平面會形成一個邊界來停止解剖結構的各部分的種子溢出，且連接平面會經由相同矩陣Mv來轉換成結構轉換後的邊界表面。

然而，在圖3D中，當一個區段(例如， A’B’)以不同於鄰居區段(例如，B’C’)的角度(例如，ω)進行旋轉時，就會發生結構彎曲。此結構彎曲可藉由提供不同的Sw(即，沿著指定軸的縮放矩陣)到彎曲區段(例如，A’B’)的表面節點來表示。Sw在彎曲區段A’B’的比值可基於連接平面與通過特定軸A’B’的彎曲平面在最外面的交叉I’及J’與接續特定點C’來計算。I與J是根據旋轉角度ω、旋轉中心B’及垂直於旋轉軸來旋轉I’及J’。由於I’或J’應該相對於I或J來縮短或伸長以連接彎曲區段A’B’及其鄰居區段B’C’，在I’及J’的縮放比例Sw分別被計算為1 - (II’ / A’B’) 與 1+ (JJ’ / A’B’ )。II’與JJ’分別等於sin(ω)* B’I與sin(ω)* B’J。任意表面節點的縮放比例Sw可藉由最外面的交叉I’或J’來計算，並且是取決於哪一個交叉比較接進其在彎曲平面上的投影K’或L’。沿著節點K’或L’的指定向量方向的伸長或縮短比例分別被計算為1 - (II’ / A’B’)(KK’ / I’B’)或1+ (JJ’ / A’B’)(LL’ / J’ B’)。KK’或LL’是從彎曲平面上的投影K’或L’到指定軸A’B’上的投影K或L的距離。Sv的在此節點的縮放比例可以被設定為與Sw的縮放比例相關。

此外，在圖3E中，使用者可僅僅看到解剖結構上的表面並在表面上指定一個點E。然而此指定點E並不適用於以上描述的計算。系統可自動調整指定點到中間點A。A為E與F的中間點。F為向量PE與解剖結構最遠的交叉。P為上一個觸覺步驟的觸覺點。

以下將透過實施例來說明碰撞測試與推移模擬。

圖4為根據本發明一實施例關於碰撞與推移回應的結構轉換的示意圖。

在一實施例中，碰撞測試可實作來偵測轉換過程中一個轉換的解剖結構是否與其他結構發生碰撞。一個組織頂點V在轉換結構中的轉換路徑被分割為容積素寬度的多個線段，如圖4所示。此轉換路徑初始為結構轉譯的線段或結構轉動的弧線。系統會一個線段一個線段地檢查是否有線段的端點(E _c)位於一個組織容積素中。若有線段的端點位於一個組織容積素中，則判斷發生碰撞且碰撞前所有線段(例如，線段E ₁E ₂、E ₂E ₃、…、E _c-1E _c)的寬度會加入此頂點V的碰撞距離中。若此距離(即，碰撞前所有線段的寬度)小於碰撞距離，此距離會在轉換結構中取代碰撞距離，如種子溢出演算法的步驟2。在處理轉換結構的所有頂點後，結構的碰撞距離顯示了轉換結構可移動而不發生碰撞的距離。

若轉換結構與骨頭發生碰撞，碰撞距離會作為新的轉譯距離或旋轉弧線且具有相同的轉譯向量方向或相同的旋轉中心及旋轉軸，以重新計算結構轉換的轉譯矩陣T或旋轉矩陣R。接下來，會分派一個大型觸覺回應以指出骨頭碰撞。若轉換結構與組織結構發生碰撞，推移模擬會在碰撞的結構上被實作。在推移模擬中，相同的轉譯向量或相同的旋轉向量及旋轉軸會被用以轉換碰撞的組織，但轉換距離或旋轉弧線會變成指定距離與碰撞距離的差(例如，E _c到E _n)，如圖4所示。等比例於移動速度的觸覺回應也會被分派以指出碰撞結構的推移。

圖5A到圖5F為根據本發明一實施例的內側副韌帶(Medial Collateral Ligament，MCL)重建的模擬影像。

在圖5A到圖5F中，包括了骨頭501、半月板502、軟骨503、韌帶504及移植韌帶505。圖5A到圖5E為模擬手術前影像，而圖5F為模擬手術後影像。圖5A顯示了撕裂的副韌帶，與股骨分離且往下垂。圖5B顯示了輸入的移植韌帶505。圖5C顯示了移植韌帶505上的指定點ABCD與移植韌帶505上彎曲後的期望點A’B’C’D’。圖5D顯示了根據期望點彎曲的移植韌帶505。圖5E及圖5F顯示了彎曲的移植韌帶復位(reposition)在內側副韌帶原有的位置上。

圖6A到圖6I為根據本發明一實施例的十字韌帶(Cruciate Ligament)重建的模擬影像。

在圖6A到圖6I中，包括了骨頭601、半月板602、軟骨603、韌帶604及移植韌帶605。圖6A到圖6D為後視圖。圖6E到圖6F為側視圖。圖6G到圖6I為前傾視圖。圖6A為原始影像。圖6B顯示了後十字韌帶被移除，並顯示了移植韌帶605上的特定點對AB及期望位置上用於復位韌帶的另一點對A’B’。圖6C顯示了移植韌帶605復位在後十字韌帶的原始位置上。圖6D顯示了移植韌帶605經由縮放而放大並復位在後十字韌帶的原始位置上。圖6E顯示了在股骨上的特定點CD及用於旋轉股骨的期望位置C’D’。圖6F顯示了旋轉的股骨。圖6G顯示了用於重建後十字韌帶的移植韌帶605。圖6H及圖6I顯示了移植韌帶605位於前十字韌帶的原始位置。

圖7A到圖7F為根據本發明一實施例的半月板撕裂切除的模擬影像。

在圖7A到圖7F中，包括了骨頭701、半月板702、軟骨703、韌帶704、非切割中工具706、切割中工具707。圖7A顯示了股骨上的特定點708及用於旋轉股骨的期望點709。圖7B顯示了中間半月板702有傾斜撕裂。圖7C及圖7D顯示了從右到左切割半月板702的內側邊緣。圖7E及圖7F顯示了毛邊(burr)向外移動並切割半月板702的撕裂。

圖8A到圖8F為根據本發明一實施例的軟骨損傷刮除與軟骨自體移植(mosaicplasty)的模擬影像。

在圖8A到圖8F中，包括了骨頭801、半月板802、軟骨803、韌帶804及分離的軟骨碎片807。圖8A、圖8B及圖8F為後視圖。圖8C到圖8E為傾斜視圖。在圖8A及圖8B中，工具806在刮除軟骨損傷。圖8C顯示了軟骨碎片807(自體的)從關節軟骨中分離。圖8D顯示了復位軟骨碎片807的特定點808及再次復位軟骨碎片807的特定點809。圖8E顯示了軟骨碎片807復位到特定點809。圖8F顯示了軟骨碎片807復位到被刮除的軟骨表面上。

綜上所述，本發明的關節鏡手術模擬方法及關節鏡手術模擬系統可接收組織資料以獲得容積資料，並從觸覺裝置接收觸覺輸入，再根據容積資料及該觸覺輸入計算容積資料的容積素的距離層級的變化，最後將一力道回饋到觸覺裝置。如此一來，即可模擬進行手術時的各種術式，進而避免實際手術時遇到的問題。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

101‧‧‧觸覺裝置

102‧‧‧組織資料

103‧‧‧三維影像

104‧‧‧容積初始化與邊緣化模組

105‧‧‧擴展容積資料及動態立方格資料

106‧‧‧亮度表面重建模組

107‧‧‧表面三角形

108‧‧‧描繪模組

109‧‧‧觸覺輸入模組

110‧‧‧觸覺輸入

111‧‧‧基於容積素的模擬模組

112‧‧‧觸覺回饋模組

113‧‧‧基於立方格的模擬模組

501、601、701、801‧‧‧骨頭

502、602、702、802‧‧‧半月板

503、603、703、803‧‧‧軟骨

504、604、704、804‧‧‧韌帶

505、605‧‧‧移植韌帶

706‧‧‧非切割中工具

707‧‧‧切割中工具

708‧‧‧股骨上的特定點

709‧‧‧用於旋轉股骨的期望點

806‧‧‧工具

807‧‧‧軟骨碎片

808、809‧‧‧特定點

圖1為根據本發明一實施例的關節鏡手術模擬系統的系統架構的示意圖。圖2為根據本發明一實施例的種子與解剖結構的示意圖。圖3A到圖3E為根據本發明一實施例的結構轉換示意圖。圖4為根據本發明一實施例關於碰撞與推移回應的結構轉換的示意圖。

圖5A到圖5F為根據本發明一實施例的內側副韌帶重建的模擬影像。

圖6A到圖6I為根據本發明一實施例的十字韌帶重建的模擬影像。

圖8A到圖8F為根據本發明一實施例的軟骨損傷刮除與軟骨自體移植的模擬影像。

Claims

一種關節鏡手術模擬方法，包括：接收一組織資料並對該組織資料進行一容積初始化操作及一邊界化操作以獲得一容積資料，該容積資料包括多個容積素(voxel)，每個該些容積素具有一距離層級，該組織資料對應骨頭、軟骨及韌帶；從一觸覺裝置接收一觸覺輸入以模擬一切割裝置與該些容積素交叉；從該些容積素的一種子容積素，遍歷(traverse)一解剖結構的所有該些容積素，直到到達其他解剖結構、或該解剖結構中屬於不同組織、或一解剖刀切割表面的該些容積素的邊界面，來修改包括該解剖結構及該其他解剖結構的多個解剖結構；根據該容積資料及該觸覺輸入計算該些容積素的該距離層級的變化；以及根據該些容積素的該距離層級的變化將一力道(force)回饋(render)到該觸覺裝置。
如申請專利範圍第1項所述的關節鏡手術模擬方法，更包括：分派對應每個該容積素的六對面碼(face-flag)的多個立方格(cube)結構，並重建或修改多個組織三角形且將該些組織三角形記錄於該些立方格結構中。
如申請專利範圍第2項所述的關節鏡手術模擬方法，更包括：透過繪圖管線(graphics pipeline)來描繪(render)該些組織三角形以產生一三維影像。
如申請專利範圍第2項所述的關節鏡手術模擬方法，更包括：遍歷該解剖結構中的該些立方格結構，並藉由將該些立方格結構中的多個三角形乘上多個矩陣來轉換該些三角形以模擬該解剖結構的轉換。
如申請專利範圍第4項所述的關節鏡手術模擬方法，更包括：將對應該些三角形的多個三角形頂點乘上兩個縮放(scaling)矩陣、一轉譯矩陣及一旋轉矩陣來獲得轉換後的該些三角形頂點。
一種關節鏡手術模擬系統，包括：一電子裝置；以及一觸覺裝置，耦接到該電子裝置，其中該電子裝置接收一組織資料並對該組織資料進行一容積初始化操作及一邊界化操作以獲得一容積資料，該容積資料包括多個容積素，每個該些容積素具有一距離層級，該組織資料對應骨頭、軟骨及韌帶；從一觸覺裝置接收一觸覺輸入以模擬一切割裝置與該些容積素交叉；從該些容積素的一種子容積素，遍歷(traverse)一解剖結構的所有該些容積素，直到到達其他解剖結構、或該解剖結構中屬於不同組織、或一解剖刀切割表面的該些容積素的邊界面，來修改包括該解剖結構及該其他解剖結構的多個解剖結構；根據該容積資料及該觸覺輸入計算該些容積素的該距離層級的變化；以及根據該些容積素的該距離層級的變化將一力道回饋到該觸覺裝置。
如申請專利範圍第6項所述的關節鏡手術模擬系統，其中該電子裝置分派對應每個該容積素的六對面碼的多個立方格結構，並重建或修改多個組織三角形且將該些組織三角形記錄於該些立方格結構中。
如申請專利範圍第7項所述的關節鏡手術模擬系統，其中該電子裝置透過繪圖管線來描繪該些組織三角形以產生一三維影像。
如申請專利範圍第7項所述的關節鏡手術模擬系統，其中該電子裝置遍歷該解剖結構中的該些立方格結構，並藉由將該些立方格結構中的多個三角形乘上多個矩陣來轉換該些三角形以模擬該解剖結構的轉換。
如申請專利範圍第9項所述的關節鏡手術模擬系統，其中該電子裝置將對應該些三角形的多個三角形頂點乘上兩個縮放矩陣、一轉譯矩陣及一旋轉矩陣來獲得轉換後的該些三角形頂點。