[發(fā)明專利]一種手術(shù)模擬裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880023962.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110662492A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 弗雷德里克·奧爾森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佛爾歐公司
• 主分類(lèi)號(hào): A61B17/00
• 分類(lèi)號(hào): A61B17/00
• 代理公司: 33100 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明涉及一種為手持模擬器械的使用者的外科手術(shù)模擬裝置，允許在模擬例如腹腔鏡、關(guān)節(jié)鏡或胸腔鏡手術(shù)時(shí)進(jìn)行模擬改進(jìn)。本發(fā)明還涉及一種用于外科手術(shù)模擬系統(tǒng)的觸覺(jué)使用者界面設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于使用者操作模擬儀器的外科手術(shù)模擬裝置，允許在模擬例如腹腔鏡、關(guān)節(jié)鏡或胸腔鏡手術(shù)時(shí)進(jìn)行模擬改進(jìn)。本發(fā)明還涉及一種用于外科手術(shù)模擬系統(tǒng)的觸覺(jué)使用者界面設(shè)備。

背景技術(shù)

外科模擬系統(tǒng)越來(lái)越多地被用來(lái)在無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中訓(xùn)練醫(yī)生進(jìn)行不同的外科手術(shù)。特別是在腹腔鏡、關(guān)節(jié)鏡等微創(chuàng)外科領(lǐng)域，外科手術(shù)模擬系統(tǒng)得到了高度的認(rèn)可。模擬軟件已經(jīng)變得非常逼真，使得計(jì)算機(jī)生成的圖像和與模擬機(jī)交互時(shí)的行為具有很高的逼真度，但模擬中仍有與現(xiàn)實(shí)明顯不同的元素，而本發(fā)明的目的是解決其中一些與使用者界面設(shè)備相關(guān)的問(wèn)題。

模擬系統(tǒng)通常包括一臺(tái)帶有模擬軟件的計(jì)算機(jī)和一個(gè)使用者界面設(shè)備，且該設(shè)備為操作員提供了一個(gè)逼真的培訓(xùn)環(huán)境。使用者界面設(shè)備包括可演示一個(gè)或多個(gè)外科手術(shù)器械(以下稱為“器械”)的裝置，例如操作者可以操作的抓握器、剪刀、針驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)窺鏡等。使用者界面設(shè)備中的傳感器實(shí)時(shí)跟蹤器械的運(yùn)動(dòng)，且這些運(yùn)動(dòng)被實(shí)時(shí)發(fā)送到模擬計(jì)算機(jī)，并通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)中使用所收到的角度和位置創(chuàng)建與器械姿勢(shì)相對(duì)應(yīng)的視頻并創(chuàng)建交互響應(yīng)，例如組織變形、制導(dǎo)、度量計(jì)算等。一些使用者界面設(shè)備還包含致動(dòng)器，使使用者能夠收到力覺(jué)反饋。在這種情況下，使用者界面設(shè)備是觸覺(jué)使用者界面設(shè)備。所述觸覺(jué)使用者界面設(shè)備的模擬軟件根據(jù)例如與組織的碰撞或相互作用計(jì)算力和力矩。這些力和力矩被發(fā)送到使用者界面設(shè)備，且使用者界面設(shè)備將相應(yīng)的力和力矩輸出到致動(dòng)器，使使用者感覺(jué)到與屏幕上顯示的組織的幾何視圖的碰撞。力覺(jué)反饋提供了額外的真實(shí)度，且已被證明能對(duì)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練產(chǎn)生積極影響。本發(fā)明具有力覺(jué)反饋，因此可以稱為觸覺(jué)使用者界面設(shè)備。本發(fā)明也可實(shí)施于沒(méi)有力覺(jué)反饋，因此，在下文中，本發(fā)明將被稱為使用者界面設(shè)備。本發(fā)明意圖同時(shí)覆蓋觸覺(jué)和非觸覺(jué)的實(shí)施方案。

例如，對(duì)于腹腔鏡，使用者界面設(shè)備是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的裝置，因?yàn)樗枰谒淖杂啥戎懈櫼粋€(gè)器械，并且最終(對(duì)于觸覺(jué)界面設(shè)備)，它還應(yīng)向所有四個(gè)自由度提供力覺(jué)反饋。通常，這種裝置跟蹤一個(gè)剛性的細(xì)長(zhǎng)物體，為在微創(chuàng)手術(shù)過(guò)程中使用的一個(gè)器械表現(xiàn)形式的軸類(lèi)零件。例如，一個(gè)用來(lái)夾持或解剖組織的抓取器，實(shí)際上直徑為5毫米，長(zhǎng)約350毫米。兒科手術(shù)使用的器械要短得多，肥胖患者使用的器械要長(zhǎng)得多。

實(shí)際上，微創(chuàng)外科手術(shù)，例如腹腔鏡手術(shù)通常可以通過(guò)3-4個(gè)所謂的端口來(lái)完成，且這些端口是通過(guò)穿入病人身體在病人身上布置的管狀裝置，使得能夠進(jìn)入患者體內(nèi)的目標(biāo)區(qū)域。一些通常比較復(fù)雜的手術(shù)，最多需要使用6個(gè)端口。操作者通過(guò)這些端口能夠從不同的方向進(jìn)入，且許多端口可以同時(shí)用于不同的任務(wù)。在一些文獻(xiàn)中，這些端口被稱為工作端口、作用域端口和回縮端口。工作端口是指通過(guò)解剖、切割、縫合或縫合組織來(lái)完成主要工作的端口。回縮端口是一個(gè)或多個(gè)助手用來(lái)為主要操作者創(chuàng)造良好的工作空間和進(jìn)入手術(shù)目標(biāo)區(qū)域的端口，例如，回縮或推開(kāi)器官。作用域端口被用于腹腔鏡，通常由專門(mén)的助理外科醫(yī)生操作。在手術(shù)中，如果進(jìn)入或查看被認(rèn)為是有益的，則作用域端口可以成為備用工作端口，反之亦然。一個(gè)典型的外科手術(shù)團(tuán)隊(duì)由幾個(gè)成員組成，包括主治外科醫(yī)生、助理外科醫(yī)生、外科醫(yī)生、擦洗護(hù)士、麻醉醫(yī)師等。

根據(jù)應(yīng)用于腹腔鏡、關(guān)節(jié)鏡或胸腔鏡模擬領(lǐng)域的部分具有或沒(méi)有觸覺(jué)功能的旋轉(zhuǎn)懸掛式使用者界面的現(xiàn)有技術(shù)，它包括由帶計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、鍵盤(pán)和與一個(gè)用于攝像機(jī)儀器的作用域端口和兩個(gè)工作器械相對(duì)應(yīng)的一套使用者界面組成的輪式推車(chē)的工作站。它的作用域端口和器械端口有固定位置，意味著模擬端口位置是固定的，無(wú)論整體或單個(gè)位置均不能改變。作用域端口位于器械端口之間和下面(或相對(duì)于操作員的近端)。使用者不能根據(jù)具體的手術(shù)改變和調(diào)整所述設(shè)置，其缺點(diǎn)是所述手術(shù)訓(xùn)練不能反映實(shí)際的端口幾何設(shè)置。如上所述，實(shí)際的端口設(shè)置根據(jù)不同的手術(shù)有很大的不同，并且由于模擬器中的程序化練習(xí)針對(duì)許多不同的區(qū)域(肝、胃、脾、腎等)，實(shí)際的端口設(shè)置和其相應(yīng)的模擬端口設(shè)置將變得極其不同，使得練習(xí)因手術(shù)無(wú)法反應(yīng)模擬器靜態(tài)設(shè)置而變得不切實(shí)際。