[發(fā)明專利]一種神經(jīng)外科虛擬手術訓練系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910045922.7
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109637252B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 田志華;茹小紅;郭志華;段志斌;陳貴平;李海峰;申劍波;李敏;崔杰;段海峰;張浩;黃可豐
• 申請（專利權）人: 晉城市人民醫(yī)院
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種神經(jīng)外科虛擬手術訓練系統(tǒng)，其手術箱本體的左右兩側內(nèi)壁上對稱安裝有一組光幕系統(tǒng)，光幕系統(tǒng)形成的紅外線光幕覆蓋整個手術箱本體內(nèi)部；手術箱本體內(nèi)部八個角內(nèi)均內(nèi)嵌安裝有一3D投影儀，手術箱本體的內(nèi)底面內(nèi)安裝有一空氣屏幕生成系統(tǒng)，3D投影儀和空氣屏幕生成系統(tǒng)構成立體模型投放模塊，用于完成各種立體模型的投放；手術箱本體的右側外壁上安裝有一人機操作模塊，用于輸入各種控制命令；還包括立體模型生成模塊、虛擬作動模塊、通過蛇形機械臂安裝在手術箱本體內(nèi)的手術刀具和中央處理器。本發(fā)明可以較為逼真的模擬實際手術所帶來的手感，并可以實現(xiàn)手術步驟所帶來的立體模型圖像的及時反饋。

技術領域

本發(fā)明涉及醫(yī)學領域，具體涉及一種神經(jīng)外科虛擬手術訓練系統(tǒng)。

背景技術

隨著現(xiàn)代醫(yī)學條件的進步，人們對健康的要求越來越高。在各類醫(yī)療手段中，腦神經(jīng)外科手術的需求也越來越大。但腦神經(jīng)外科手術是目前操作難度最高、精度要求最嚴格的外科手術之一，用作訓練材料的大腦具有不可重復使用的特點，且數(shù)量缺乏，因此大多數(shù)腦神經(jīng)外科醫(yī)師的培訓主要依賴于受訓醫(yī)師的想象力以及指導醫(yī)師的教育水平。訓練的缺乏導致合格腦手術醫(yī)師的培訓難度極大，具有不小的局限性。

計算機技術的發(fā)展，使得虛擬現(xiàn)實技術逐漸為腦神經(jīng)外科手術訓練提供了可能。虛擬手術訓練系統(tǒng)能夠結合信息技術，自動化技術，計算機圖形學、計算機視覺、計算機圖像處理等多個方向的成熟技術，利用三維建模、可視化渲染展現(xiàn)與現(xiàn)實相似的腦組織結構以及病征，利用軟組織形變技術以及力反饋設備給予醫(yī)師真實的視覺、觸覺反饋，從多個方面為醫(yī)師重現(xiàn)逼真的手術場景。通過搭建適當?shù)挠柧殘鼍埃O計標準化的評分機制，醫(yī)師可以反復進行手術試驗并發(fā)現(xiàn)不足，繼而有效提高技術水平，同時也解決了傳統(tǒng)培訓無法重復利用訓練資源的問題。

目前大多數(shù)腦神經(jīng)外科虛擬手術訓練系統(tǒng)的即時性較差，訓練中訓練者的操作得不到準確的反饋，降低了訓練效率，不利于醫(yī)師技術水平的提升。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種神經(jīng)外科虛擬手術訓練系統(tǒng)，可實現(xiàn)每一個手術操作步驟的準確捕捉和及時反饋。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種神經(jīng)外科虛擬手術訓練系統(tǒng)，包括手術箱本體，所述手術箱本體的上頂面采用透光玻璃材質，前側面和后側面對稱開設有兩組手術口，所述手術箱本體的左右兩側內(nèi)壁上對稱安裝有一組光幕系統(tǒng)，該光幕系統(tǒng)形成的紅外線光幕覆蓋整個手術箱本體內(nèi)部；

所述手術箱本體內(nèi)部八個角內(nèi)均內(nèi)嵌安裝有一3D投影儀，所述手術箱本體的內(nèi)底面內(nèi)安裝有一空氣屏幕生成系統(tǒng)，所述3D投影儀和空氣屏幕生成系統(tǒng)構成立體模型投放模塊，用于完成各種立體模型的投放；

所述手術箱本體的右側外壁上安裝有一人機操作模塊，用于輸入各種控制命令；

還包括：

立體模型生成模塊，用于根據(jù)接收到的控制命令以及導入的影像數(shù)據(jù)在素材數(shù)據(jù)庫內(nèi)調(diào)用相應的素材構建各種人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)模型、周圍神經(jīng)系統(tǒng)模型和植物神經(jīng)系統(tǒng)模型；

虛擬作動模塊，用于驅動參數(shù)變化的，與立體模型生成模塊中的各元素建立關系后，可以在指定的范圍內(nèi)對參數(shù)進行變動，從而可以驅動仿真分析方法針對不同的參數(shù)進行計算求解；

手術刀具，通過蛇形機械臂安裝在手術箱本體1內(nèi)；

中央處理器，用于接收光幕系統(tǒng)、人機操作模塊輸入的各種控制命令，并根據(jù)預設的分類方法將控制命令分別發(fā)送到立體模型生成模塊、3D投影儀、空氣屏幕生成系統(tǒng)和蛇形機械臂，從而驅動人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)模型、周圍神經(jīng)系統(tǒng)模型和植物神經(jīng)系統(tǒng)模型作出相應的移動和改變，驅動蛇形機械臂施加不同方向的力給手術刀，從而模擬手術過程中不同手術步驟所帶來的手術刀實際操作感。