[發明專利]一種虛擬手術訓練系統

在審

• 申請號: 202010132354.7
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111276032A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 楊揚帆;羅嘉倫;饒勇星
• 申請（專利權）人: 中山大學中山眼科中心;廣州衛生職業技術學院
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 廣州正明知識產權代理事務所(普通合伙) 44572
• 代理人: 張麗

本發明屬于輔助手術設備技術領域，具體涉及一種虛擬手術訓練系統，包括通過3D立體技術顯示人體組織器官的全息投影系統、模仿真實手術器械手柄的仿真手術器械、利用三維建模構造的手術刀模擬系統、虛擬手術輸出模塊、中央處理器及傳感器裝置；其中的所述仿真手術器械包括遠段模塊和近段模塊，所述遠段模塊類似于機械臂結構，具有腕關節、肘關節、肩關節和延長桿；所述近段模塊由旋鈕和朝外開口的彈性夾依次組成，所述旋鈕的旋轉角度可設定為若干段，一個角度對應一種手術器械的投影，從而在虛擬手術訓練系統中實現不同器械的轉換。本發明設計靈敏、使用方便、從視覺觸覺多維度出發，營造了逼真的手術環境，具有廣泛的應用價值。

技術領域

本發明涉及輔助手術設備技術領域，具體涉及一種虛擬手術訓練系統。

背景技術

外科手術是重要的疾病治療手段，由于人體各組織器官結構復雜、疾病導致正常解剖結構發生變化等，外科手術有一定的風險，對手術者的知識儲備和技術水平要求很高。出于醫學倫理的考慮，既往醫學教育體系中外科手術的培訓以動物手術或離體組織手術模擬為主，學習曲線長，學習難度大。利用虛擬手術系統，醫療人員可以在對病人實施復雜手術之前進行練習，縮短學習曲線，提高技術水平，保證醫療安全；亦可通過成像設備獲取的病人圖像導入仿真系統，醫療人員在手術前借此對實際手術作出相應的預先規劃，或者對病變缺損部位進行較精確的前期測量和估算，從而預見手術的復雜性，提高治療效果。

虛擬手術訓練系統作為虛擬現實技術在醫學領域的一個典型應用，具體是由醫學圖像數據出發，應用計算機圖形學重構出虛擬人體軟組織模型，模擬出虛擬的醫學環境，并利用觸覺交互設備與之進行交互的手術系統。該系統為醫療人員提供一個虛擬的3D環境以及可交互操作平臺，使其能夠逼真地模擬臨床手術的全過程。

與傳統的手術教學相比，虛擬手術具有高仿真、無損傷性、可重復性和可指定性等優點。但是，該領域的大部分研究僅限于仿真的可視化階段，往往缺乏逼真的視覺和觸覺效果，導致醫療人員在虛擬環境下完成的手術與臨床環境差別很大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種位移精度高、以及觸感逼真的虛擬手術訓練系統。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

一種虛擬手術訓練系統，包括

全息投影系統：包括計算機圖形技術和全息投影儀，通過3D立體技術在某個區域內呈現人體組織器官的投影，模擬出虛擬的醫學環境；

仿真手術器械：模仿真實的手術器械手柄，在觸感上模擬內窺鏡、抓鉗、電凝器、手術剪等多種微創手術器械；

手術刀模擬系統：用于通過三維建模，構建與所述仿真手術器械一致的模擬手術器械，以重建仿真手術器械的位姿和空間變化；

虛擬手術輸出模塊：用于輸出顯示整合了全息投影系統和手術刀模擬系統的畫面；

中央處理器；

傳感器裝置：所述傳感器裝置與中央處理器連接。

其中，所述仿真手術器械包括遠段模塊和近段模塊，所述遠段模塊為類機械臂結構；所述近段模塊由旋鈕和朝外開口的彈性夾依次組成，所述旋鈕的旋轉角度可設定為若干段，每一段旋轉角度被設定為對應一種手術器械的投影，從而通過轉動旋鈕在虛擬手術訓練系統中實現不同器械的轉換。