專利名稱：神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療外科器械領(lǐng)域，尤其涉及一種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如今，神經(jīng)內(nèi)鏡在腦外 科手術(shù)上得到大量的應用，它屬微創(chuàng)神經(jīng)外科范疇，代表著神經(jīng)外科的發(fā)展方向。神經(jīng)內(nèi)鏡手術(shù)較傳統(tǒng)神經(jīng)外科手術(shù)，具有可直視下精細操作、創(chuàng)傷小、費時短、恢復快、預后好等優(yōu)點，在某些方面具備顯微神經(jīng)外科手術(shù)不可替代的優(yōu)勢。隨著現(xiàn)代光學技術(shù)、神經(jīng)影像技術(shù)及顯微手術(shù)器械的快速發(fā)展，神經(jīng)內(nèi)鏡與立體定向、神經(jīng)導航、激光、人工智能及顯微外科技術(shù)相結(jié)合，現(xiàn)已遍及神經(jīng)外科各領(lǐng)域。神經(jīng)內(nèi)鏡的廣泛使用，也催生了對其培訓的需求，目前市場上，沒有特別正對神經(jīng)內(nèi)鏡的操作培訓系統(tǒng)或者設備，大多采用培訓班的方式，集中觀摩培訓，或者是“師徒制”的一對一的輔導，培訓的效果和效率都比較低。從現(xiàn)有的其他內(nèi)鏡系統(tǒng)(比如腹腔鏡、宮腔鏡等)培訓所使用的人機交互設備的系統(tǒng)構(gòu)成上來看，目前內(nèi)窺鏡手術(shù)虛擬仿真系統(tǒng)主要是以并聯(lián)機構(gòu)和串聯(lián)機構(gòu)組成的通用機器人設備為主。如已進入主流消費品市場，并得到廣泛應用的是美國Sensable公司的PHANToM, 3DI_ersion公司的CyberForce,以及Dimension公司的ForceDimension系列產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛的被應用在內(nèi)窺鏡和腹腔鏡手術(shù)訓練系統(tǒng)中。相對于神經(jīng)內(nèi)鏡這一特殊手術(shù)場合使用的內(nèi)鏡系統(tǒng)，這些具有并聯(lián)機構(gòu)或者串聯(lián)機構(gòu)的通用機器人設備，存在與實際的手術(shù)場景不符，操作方式大相徑庭，推廣和使用上受到很大局限。終上所述，目前，雖然已經(jīng)建立了規(guī)范的包括神經(jīng)內(nèi)鏡在內(nèi)的內(nèi)鏡手術(shù)操作培訓機構(gòu)，但神經(jīng)內(nèi)鏡的的培訓還基本處在集中授課培訓、視頻講解觀摩培訓以及“師徒制”的培訓這些傳統(tǒng)的醫(yī)療手術(shù)培訓階段。針對神經(jīng)內(nèi)鏡這一手術(shù)器械的培訓還沒有成熟的產(chǎn)品。由于神經(jīng)內(nèi)鏡這一手術(shù)器械價格昂貴、手術(shù)條件潛在風險較大，現(xiàn)有的培訓方式存在培訓受眾小，培訓過程與實際操作不能融為一體、培訓效果差、培訓周期長等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于，設計一套在操作方式、使用力感等方面上和實際手術(shù)使用場合匹配的人機交互裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種具有上述裝置的系統(tǒng)，培訓者除能夠完成內(nèi)鏡手術(shù)的基本操作動作外，還能夠通過該裝置和與之匹配的虛擬腦部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)合，體會到手術(shù)過程中的視覺、力覺信息，使培訓過程更加逼真、增強培訓效果、縮短培訓周期。為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺，設置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺上的鏡鞘平動模塊和器械操作模塊，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動模塊和器械操作模塊上的仿真內(nèi)鏡。
作為改進地，所述仿真內(nèi)鏡包括鏡鞘，設置在鏡鞘前端的鏡鞘接口、器械接口，設置在鏡鞘后端的器械操作鉗、操作手柄，位于鏡鞘接口和器械接口之間的器械接口連桿，以及從前至后依次設置在器械操作鉗和操作手柄之間的器械旋轉(zhuǎn)操作柄，無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼盤。作為改進地，所述鏡鞘，鏡鞘接口，器械接口，器械接口連桿和器械旋轉(zhuǎn)操作柄共軸線；所述仿真內(nèi)鏡的材質(zhì)為304不銹鋼材質(zhì)。
作為改進地，所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺包括支撐底座，設置在支撐底座上的偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊，設置偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊上的俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊，以及連接偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊和俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊支撐法蘭。進一步改進地，所述偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊包括安裝在支撐底座上的偏轉(zhuǎn)模塊支撐座，安裝在偏轉(zhuǎn)模塊支撐座側(cè)面的第一電機，以及通過驅(qū)動螺桿與第一電機連接的驅(qū)動線輪；所述驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的傳動比為100:16 ;所述偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊的安裝結(jié)構(gòu)為驅(qū)動線輪的底部設有偏擺旋轉(zhuǎn)軸，該偏擺旋轉(zhuǎn)軸插入在偏轉(zhuǎn)模塊支撐座的中間通孔內(nèi)；所述通孔的底部設有位于支撐底座上的無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置；所述通孔內(nèi)壁的上、下端部位置設有徑向支撐軸承，所述通孔的上端部設有軸向止推軸承；所述驅(qū)動線輪、偏擺旋轉(zhuǎn)軸和支撐法蘭間通過銷軸固定；所述支撐法蘭上設置光電開關(guān)擋片，所述偏擺模塊支撐座上設置有光電開關(guān)。進一步改進地，所述俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊包括安裝在支撐法蘭上的俯仰模塊支撐座，設置在俯仰模塊支撐座上的第二電機，以及通過螺桿與第二電機連接的驅(qū)動線輪；所述驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的傳動比為200:16 ;所述俯仰模塊支撐座的形狀為“U”形座；第二電機安裝在“U”座的底部，該第二電機的驅(qū)動螺桿伸出到“U”形座側(cè)壁外；俯仰平臺架設在“U”形座的開口處，該俯仰平臺一側(cè)的緊定螺釘上設有與第二電機驅(qū)動螺桿連接的俯仰線輪；在俯仰平臺另一側(cè)的緊定螺釘上設有無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置和光電檢測限位裝置。作為改進地，所述鏡鞘平動模塊包括鏡鞘平動平臺，設置在鏡鞘平動平臺上的鏡鞘承載裝置和位于鏡鞘平動平臺前端的鏡鞘平移位移檢測裝置；該鏡鞘平動平臺包括支撐板，設置在支撐板上的線軌，設置在線軌上的滑塊，與滑塊固定連接用來安裝鏡鞘承載裝置和器械操作模塊的安裝座，以及驅(qū)動滑塊往復運動的第三電機；所述第三電機通過傳動帶連接有力傳感器和鏡鞘平移位移檢測裝置，該該力傳感器通過螺釘與安裝座固定連接；該鏡鞘承載裝置包括鏡鞘接口軌道、設置在鏡鞘接口軌道一個側(cè)面上的行程觸發(fā)開關(guān)，設置在鏡鞘接口軌道端部的限位板，以及分別位于鏡鞘接口軌道另一側(cè)面和底部的一組鎖緊電磁鐵；該平移位移監(jiān)測裝置為基于霍爾傳感器的直線位移測量裝置，將直線位移的測量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)角度的測量。作為改進地，所述器械操作模塊包括器械平動平臺，位于器械平動平臺前端的器械平動位移測量裝置，以及設置在器械平動平臺上的器械旋轉(zhuǎn)平臺；所述器械平動平臺包括支撐板，設置在支撐板上的線軌，設置在線軌上的滑塊，與滑塊固定連接用來安裝器械旋轉(zhuǎn)平臺的平動支撐塊，以及驅(qū)動滑塊往復運動的第四電機；所述第四電機通過傳動帶連接有力傳感器和器械平移位移檢測裝置，該該力傳感器通過螺釘與安裝座固定連接；所述器械旋轉(zhuǎn)平臺通過平動支撐塊安裝在器械平動平臺的滑塊上；該器械旋轉(zhuǎn)平臺包括設置在平動支撐塊上的第五電機，被第五電機驅(qū)動的張緊輪，與張緊輪咬合的驅(qū)動帶輪，以及通過傳動帶與驅(qū)動帶輪連接的從動輪；所述從動輪上固定有回轉(zhuǎn)軸，該回轉(zhuǎn)軸的兩端分別連接無接觸角度測量磁碼盤模塊和器械安裝口。本發(fā)明還提供一種具有前述神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置的系統(tǒng)，其特征在于，包括腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)，手術(shù)操作系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)；所述手術(shù)操作系統(tǒng)包括仿真內(nèi)鏡，內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺，鏡鞘平動模塊和器械操作模塊。本發(fā)明還提供給一種上述系統(tǒng)的操作方法，包括第一步，開機運行；第二步，姿態(tài)調(diào)整，通過內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺對內(nèi)鏡進入病灶前的姿態(tài)進行調(diào)整；第三步，鏡鞘進給，通過鏡鞘平動模塊將鏡鞘單獨進給到達目標位；第四步，病灶處理，包括利用器械操作平臺使器械在病灶中平動和/或旋轉(zhuǎn)；第五步，人機信息交互，實時傳輸器械姿態(tài)及位置給腦部三 維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)接口，根據(jù)器械姿態(tài)及位置關(guān)系進行力反饋；第六步，器械姿態(tài)調(diào)整，根據(jù)反饋力度再次調(diào)整器械姿態(tài)，并重復第四步和第五步；第七步，結(jié)束關(guān)機。采用本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明開創(chuàng)性地設計一種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置及其系統(tǒng)，實現(xiàn)在神經(jīng)內(nèi)鏡培訓方式這一領(lǐng)域具有更加接近真實器械的操作手感、配合高度真實的腦部數(shù)據(jù)給被培訓者一種更加真實的手術(shù)臨場感；解決了神經(jīng)內(nèi)鏡這一微創(chuàng)手術(shù)器械的操作培訓僅采用觀摩、觀看錄像和尸頭訓練等方法，不能提供實際操作的問題；極大地縮短了培訓時間，降低培訓成本。同時，仿真內(nèi)鏡通過設置鏡鞘接口，方便實現(xiàn)與鏡鞘平動模塊的快速連接和脫離，通過設置器械接口，方便實現(xiàn)與器械操作模塊的快速連接和脫離；安裝使用便捷。此外，本發(fā)明采用基于霍爾傳感器的直線位移測量裝置，將直線位移的測量裝換為旋轉(zhuǎn)角度的測量，減小了系統(tǒng)傳感器的安裝尺寸，在保證測量精度和系統(tǒng)位移分辨率的基礎(chǔ)上，進一步保證了系統(tǒng)的緊湊型性，輕巧。


圖I所示為本發(fā)明提供的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2所示為仿真內(nèi)鏡結(jié)構(gòu)示意 圖3所示為內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺結(jié)構(gòu)示意 圖4所示為內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺剖視 圖5所示為鏡鞘平動模塊結(jié)構(gòu)示意 圖6所示為鏡鞘平動模塊的鏡鞘承載裝置結(jié)構(gòu)放大 圖7所示為鏡鞘平動模塊結(jié)構(gòu)剖視 圖8所示為器械操作模塊結(jié)構(gòu)示意 圖9所示為本發(fā)明提供的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練系統(tǒng)原理示意 圖10所示為本發(fā)明提供的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練系統(tǒng)使用流程圖。附圖標記說明
I、仿真內(nèi)鏡2、內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺 3、鏡鞘平動模塊 4、器械操作模塊
II、鏡鞘12、鏡鞘接口 13、器械接口 14、器械操作鉗 15、操作手柄 16、器械接口連接桿 17、器械旋轉(zhuǎn)操作柄 18、無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼盤
21、偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊 22、俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊 23、支撐底座 24、支撐法蘭211、偏轉(zhuǎn)模塊支撐座 212、第一電機 213、驅(qū)動線輪 214、偏擺旋轉(zhuǎn)軸 215、無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置 216、徑向支撐軸承 217、軸向支撐軸承 218、銷軸 221、俯仰模塊支撐座 222、第二電機 223、俯仰線輪 224、俯仰平臺
31、鏡鞘承載裝置 32、鏡鞘平動平臺 33、鏡鞘平移位移檢測裝置 311、鏡鞘接口軌道 312、行程觸發(fā)開關(guān) 313、限位板 314、鎖緊電磁鐵 321、支撐板 322、線軌 323、滑塊 324、安裝座 325、第三電機 326、力傳感器 327、機械限位塊328、光電開關(guān)
41、器械平動平臺 42、器械平動位移測量裝置 43、器械旋轉(zhuǎn)平臺 44、平動支撐塊 411、第四電機 431、第五電機 432、張緊輪 433、驅(qū)動帶輪 434、從動輪435、無接觸角度測量磁碼盤模塊 436、器械安裝口。
具體實施例方式
為進一步闡述本發(fā)明的實質(zhì)，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
說明如下。仿真模擬裝置實施例
如圖I所示，一種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺2，設置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺2上的鏡鞘平動模塊3和器械操作模塊4，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動模塊3和器械操作模塊4上的仿真內(nèi)鏡I。其中，如圖2所示，所述仿真內(nèi)鏡I主要包括鏡鞘11，設置在鏡鞘11前端的鏡鞘接口 12、器械接口 13，設置在鏡鞘后端的器械操作鉗14和操作手柄15，位于鏡鞘接口 12和器械接口 13間設有器械接口連桿16，連接在器械操作鉗14和操作手柄15之間器械旋轉(zhuǎn)操作柄17，無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼盤18。優(yōu)選地，所述鏡鞘11，鏡鞘接口 12，器械接口 13，器械接口連桿16和器械旋轉(zhuǎn)操作柄17共軸線；所述仿真內(nèi)鏡I的零部件都采用304不銹鋼材質(zhì)。實際操作時，使用者一只手握操作手柄15,另外一只手操作器械操作鉗14在鏡鞘11的軸向通道內(nèi)自轉(zhuǎn)和/或前后往復移動，實現(xiàn)真實器械的操作動作。特別地，和真實的內(nèi)鏡操作使用相同，使用者旋動整個器械操作鉗14時，器械接口連桿16和器械旋轉(zhuǎn)操作柄17不會隨之轉(zhuǎn)動；將器械接口連桿16通過螺釘和器械旋轉(zhuǎn)操作柄17固結(jié)，單獨旋轉(zhuǎn)器械旋轉(zhuǎn)操作柄17時，帶動器械接口連桿16、器械接口 13 —起旋轉(zhuǎn)，無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼盤18實時監(jiān)測器械接口 13的旋轉(zhuǎn)角度。其他實施方式中，整個器械操作鉗14可以換成其他操作培訓器械，比如電凝，止血鉗等在操作方式上大多有直線運動和旋轉(zhuǎn)運動來完成的器械。如圖3所示，所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺2包括支撐底座23，設置在支撐底座23上的偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊21，設置偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊21上的俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊22，以及連接偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊21和俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊22支撐法蘭24。其他實施方式中，所述偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊21位于俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊22的上方，所述俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊22設置在支撐底座23上，不限于本實施例。優(yōu)選地，所述偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊21包括安裝在支撐底座23上的偏轉(zhuǎn)模塊支撐座211，安裝在偏轉(zhuǎn)模塊支撐座211側(cè)面的第一電機212，以及通過傳動鋼絲與第一電機212驅(qū)動螺桿連接的驅(qū)動線輪213 ;優(yōu)選第一電機212的驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪213之間的傳動比為100:16。所述俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊22包括安裝在支撐法蘭24上的俯仰模塊支撐座221，設置在俯仰模塊支撐座221上的第二電機222，通過傳動鋼絲與第二電機連接的俯仰線輪223，以及與俯仰線輪223固定連接的俯仰平臺224 ;優(yōu)選第二電機的驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪213之間的傳動比為200:16。進一步地，如圖4所示，所述偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊的具體安裝結(jié)構(gòu)為驅(qū)動線輪的底部設有偏擺旋轉(zhuǎn)軸214，該偏擺旋轉(zhuǎn)軸214插入在偏轉(zhuǎn)模塊支撐座211的中間通孔內(nèi)；所述通孔的底部設有位于支撐底座上的無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置215 ;所述通孔內(nèi)壁的上、下端部位置設有徑向支撐軸承216，所述通孔的上端部設有軸向止推軸承217 ;所述驅(qū)動線輪、偏擺旋轉(zhuǎn)軸214和支撐法蘭24間通過銷軸218固定。實際運作時，所述第一電機通過傳動鋼絲帶動驅(qū)動線輪213旋轉(zhuǎn)，傳動連續(xù)、平穩(wěn)；所述無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置215實時監(jiān)測驅(qū)動線輪轉(zhuǎn)過的角度。為進一步檢測驅(qū)動線輪往復擺動的極限位置，所述支撐法蘭24上設置光電開關(guān)擋片，所述偏擺模塊支撐座211上設置有光電開關(guān)，利用光電開關(guān)擋片對光電開關(guān)的遮擋來實現(xiàn)偏擺極限位置判斷。所述俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊的具體結(jié)構(gòu)為俯仰模塊支撐座221的形狀為“U”形座；第二電機222安裝在“U”座的底部，該第二電機222的驅(qū)動螺桿伸出到“U”形座側(cè)壁外；俯仰平臺224架設在“U”形座的開口處，該俯仰平臺224 —側(cè)的緊定 螺釘上設有與第二電機驅(qū)動螺桿連接的俯仰線輪223。進一步地，為方便控制俯仰平臺224的擺動角度和擺動極限，在俯仰平臺224的另一側(cè)上設有無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置和光電檢測限位裝置，所述無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置和光電檢測裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理與偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊上的類似，不再贅述。如圖5-圖7所示，所述鏡鞘平動模塊3包括鏡鞘平動平臺32，設置在鏡鞘平動平臺32上的鏡鞘承載裝置31和位于鏡鞘平動平臺32前端的鏡鞘平移位移檢測裝置33 ；優(yōu)選地，所述平移位移檢測裝置33采用基于霍爾傳感器的直線位移測量裝置，將直線位移的測量裝換為旋轉(zhuǎn)角度的測量。其中，如圖6所示，所述鏡鞘承載裝置31包括鏡鞘接口軌道311、設置在鏡鞘接口軌道311—個側(cè)面上的行程觸發(fā)開關(guān)312，設置在鏡鞘接口軌道311端部的限位板313，以及分別位于鏡鞘接口軌道311另一側(cè)面和底部的一組鎖緊電磁鐵314。如圖7所示，所述鏡鞘平動平臺包括支撐板321，設置在支撐板321上的線軌322，設置在線軌322上的滑塊323，與滑塊323固定連接用來安裝鏡鞘承載裝置和器械操作模塊的安裝座324，以及驅(qū)動滑塊323往復運動的第三電機325。優(yōu)選地，所述第三電機325通過傳動帶連接有力傳感器326和鏡鞘平移位移檢測裝置33，該該力傳感器326通過螺釘與安裝座324固定連接。第三電機325運轉(zhuǎn)時，帶動力傳感器326、安裝座324在線軌322上滑動，從而實現(xiàn)鏡鞘承載裝置31的平動。并且，力傳感器326和鏡鞘平移位移檢測裝置33實時檢測運動過程中的力信號和位移信號。進一步地，為方便對鏡鞘承載裝置的初始位置鎖定，所述鏡鞘平動平臺上還設有一個鎖緊裝置，該鎖緊裝置由鎖緊電磁鐵和限位孔構(gòu)成，利用通電與斷電將鎖緊電磁鐵內(nèi)部的銷縮回或彈出到限位孔里，實現(xiàn)初始位置的鎖緊和解鎖；為更好對滑塊323的極限位置進行限位，所述線軌兩端設置有機械限位塊327，支撐板321上分別對應機械限位塊327設置有光電開關(guān)328，光電開關(guān)擋片設置在安裝座324上運動遮擋光電開關(guān)328，進行定位。如圖8所示，所述器械操作模塊4包括器械平動平臺41，位于器械平動平臺41前端的器械平動位移測量裝置42，以及設置在器械平動平臺41上的器械旋轉(zhuǎn)平臺43。其中，所述器械平動平臺41、器械平動位移測量模塊42與鏡鞘平動模塊中的鏡鞘平動平臺和鏡鞘平移位移檢測裝置的實現(xiàn)方案類似，這里不再贅述；特別地，第四電機411設置在鏡鞘平動平臺上方。
本實施例中，所述器械旋轉(zhuǎn)平臺43通過平動支撐塊44安裝在器械平動平臺41的滑塊上。該器械旋轉(zhuǎn)平臺43包括設置在平動支撐塊44上的第五電機431，被第五電機驅(qū)動的張緊輪432，與張緊輪432咬合的驅(qū)動帶輪433，以及通過傳動帶與驅(qū)動帶輪433連接的從動輪434 ;所述從動輪上固定有回轉(zhuǎn)軸，該回轉(zhuǎn)軸的兩端分別連接無接觸角度測量磁碼盤模塊435和器械安裝口 436。實際安裝時，整個器械操作模塊4通過螺釘組和鏡鞘移動平臺上的安裝座固定連接，且鏡鞘平動模塊3和器械操作模塊4上的線軌共面；光電開關(guān)撥片通過螺釘和平動支撐塊固定連接。使用時，操作者操作整個仿真內(nèi)鏡插入鏡鞘接口軌道從而使器械接口進入同軸的器械安裝口進行配合并張緊。當使用者推動仿真內(nèi)鏡中操作柄時，即可完成整個器械部分在器械平動平臺上的往復運動，當使用者旋轉(zhuǎn)仿真內(nèi)鏡中操作手柄時，與之同軸的回轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)，即可完成整個器械部分在器械旋轉(zhuǎn)平臺上的旋轉(zhuǎn)；同時，通過無接觸角度測量磁碼盤模塊將器械的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測并上傳到中央控制器。當操作器械在虛擬圖像系統(tǒng)中出現(xiàn)不符合培訓流程違規(guī)操作或者誤操作時，驅(qū)動帶輪帶動從動輪、對器械的回轉(zhuǎn)運動產(chǎn) 生制動或者相應的操作堵塞感。仿真模擬訓練系統(tǒng)實施例
如圖9所示，一種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練系統(tǒng)，包括腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)，手術(shù)操作系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)；其特征在于，所述手術(shù)操作系統(tǒng)包括仿真內(nèi)鏡，內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺，鏡鞘平動模塊和器械操作模塊。具體原理為使用者操作內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺，調(diào)整手術(shù)操作系統(tǒng)進入腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)的初始姿態(tài)；推動仿真內(nèi)鏡在鏡鞘平動模塊上移動，模擬實現(xiàn)真實的鏡鞘沿著病灶方向水平移動，同時中央控制系統(tǒng)實時跟蹤平動的位移和推動的交互力信息；等待鏡鞘到達目標病灶位置后，鏡鞘不動，操作者操作器械操作模塊進行動作，模擬對病灶的處理，同時中央控制系統(tǒng)實時跟蹤平動的位移和推動的交互力信息。在上述的動作中，中央控制系統(tǒng)實時的將各個關(guān)節(jié)的位移信息，力信息反饋到與其配合使用腦部三維數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，腦部三維數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)收到的各個關(guān)節(jié)位移信息作出力反饋回手術(shù)操作系統(tǒng)，實現(xiàn)本發(fā)明這一人機交互裝置與虛擬數(shù)據(jù)信息的實時交互。如圖10所示，整個仿真模擬訓練系統(tǒng)的使用步驟包括第一步，開機運行；第二步，姿態(tài)調(diào)整，通過內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺對內(nèi)鏡進入病灶前的姿態(tài)進行調(diào)整；第三步，鏡鞘進給，通過鏡鞘平動模塊將鏡鞘單獨進給到達目標位；第四步，病灶處理，包括利用器械操作平臺使器械在病灶中平動和/或旋轉(zhuǎn)；第五步，人機信息交互，實時傳輸器械姿態(tài)及位置給腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)接口，根據(jù)器械姿態(tài)及位置關(guān)系進行力反饋；第六步，器械姿態(tài)調(diào)整，根據(jù)反饋力度再次調(diào)整器械姿態(tài)，并重復第四步和第五步；第七步，結(jié)束關(guān)機。以上具體實施方式
對本發(fā)明的實質(zhì)進行了詳細說明，但并不能以此來對保護范圍進行限制。顯而易見地，在本發(fā)明實質(zhì)的啟示下，本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員還可進行許多改進和修飾，比如，在所有的帶輪驅(qū)動或傳動均設置張緊裝置；在所有平動的初始位置都能通過鎖緊電磁鐵上的銷軸是否插入相應鎖緊銷孔座來實現(xiàn)鎖緊和解鎖；需要注意的是，這些改進和修飾都落在本專利的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。還需要說明的是，本專利中的“第一、第二、第三、第四、第五”僅為了描述方便而做的相對定義，并非具體位置的特別定義。
權(quán)利要求
1.神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺，設置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺上的鏡鞘平動模塊和器械操作模塊，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動模塊和器械操作模塊上的仿真內(nèi)鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，所述仿真內(nèi)鏡包括鏡鞘，設置在鏡鞘前端的鏡鞘接口、器械接口，設置在鏡鞘后端的器械操作鉗、操作手柄，位于鏡鞘接口和器械接口之間的器械接口連桿，以及從前至后依次設置在器械操作鉗和操作手柄之間的器械旋轉(zhuǎn)操作柄，無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，所述鏡鞘，鏡鞘接口，器械接口，器械接口連桿和器械旋轉(zhuǎn)操作柄共軸線；所述仿真內(nèi)鏡的材質(zhì)為304不銹鋼材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺包括支撐底座，設置在支撐底座上的偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊，設置偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊上 的俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊，以及連接偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊和俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊支撐法蘭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，所述偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊包括安裝在支撐底座上的偏轉(zhuǎn)模塊支撐座，安裝在偏轉(zhuǎn)模塊支撐座側(cè)面的第一電機，以及通過驅(qū)動螺桿與第一電機連接的驅(qū)動線輪；所述驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的傳動比為100:16 ;所述偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊的安裝結(jié)構(gòu)為驅(qū)動線輪的底部設有偏擺旋轉(zhuǎn)軸，該偏擺旋轉(zhuǎn)軸插入在偏轉(zhuǎn)模塊支撐座的中間通孔內(nèi)；所述通孔的底部設有位于支撐底座上的無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置；所述通孔內(nèi)壁的上、下端部位置設有徑向支撐軸承，所述通孔的上端部設有軸向止推軸承；所述驅(qū)動線輪、偏擺旋轉(zhuǎn)軸和支撐法蘭間通過銷軸固定；所述支撐法蘭上設置光電開關(guān)擋片，所述偏擺模塊支撐座上設置有光電開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，所述俯仰姿態(tài)調(diào)整模塊包括安裝在支撐法蘭上的俯仰模塊支撐座，設置在俯仰模塊支撐座上的第二電機，以及通過螺桿與第二電機連接的驅(qū)動線輪；所述驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動螺桿和驅(qū)動線輪之間的傳動比為200:16 ;所述俯仰模塊支撐座的形狀為“U”形座；第二電機安裝在“U”座的底部，該第二電機的驅(qū)動螺桿伸出到“U”形座側(cè)壁外；俯仰平臺架設在“U”形座的開口處，該俯仰平臺一側(cè)的緊定螺釘上設有與第二電機驅(qū)動螺桿連接的俯仰線輪；在俯仰平臺另一側(cè)的緊定螺釘上設有無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置和光電檢測限位裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，所述鏡鞘平動模塊包括鏡鞘平動平臺，設置在鏡鞘平動平臺上的鏡鞘承載裝置和位于鏡鞘平動平臺前端的鏡鞘平移位移檢測裝置；該鏡鞘平動平臺包括支撐板，設置在支撐板上的線軌，設置在線軌上的滑塊，與滑塊固定連接用來安裝鏡鞘承載裝置和器械操作模塊的安裝座，以及驅(qū)動滑塊往復運動的第三電機；所述第三電機通過傳動帶連接有力傳感器和鏡鞘平移位移檢測裝置，該該力傳感器通過螺釘與安裝座固定連接；該鏡鞘承載裝置包括鏡鞘接口軌道、設置在鏡鞘接口軌道一個側(cè)面上的行程觸發(fā)開關(guān)，設置在鏡鞘接口軌道端部的限位板，以及分別位于鏡鞘接口軌道另一側(cè)面和底部的一組鎖緊電磁鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，其特征在于，所述器械操作模塊包括器械平動平臺，位于器械平動平臺前端的器械平動位移測量裝置，以及設置在器械平動平臺上的器械旋轉(zhuǎn)平臺；所述器械平動平臺包括支撐板，設置在支撐板上的線軌，設置在線軌上的滑塊，與滑塊固定連接用來安裝器械旋轉(zhuǎn)平臺的平動支撐塊，以及驅(qū)動滑塊往復運動的第四電機；所述第四電機通過傳動帶連接有力傳感器和器械平移位移檢測裝置，該該力傳感器通過螺釘與安裝座固定連接；設置在器械平動平臺端部的限位板，以及分別位于鏡鞘接口軌道另一側(cè)面和底部的一組鎖緊電磁鐵；所述器械旋轉(zhuǎn)平臺通過平動支撐塊安裝在器械平動平臺的滑塊上；所述器械旋轉(zhuǎn)平臺包括設置在平動支撐塊上的第五電機，被第五電機驅(qū)動的張緊輪，與張緊輪咬合的驅(qū)動帶輪，以及通過傳動帶與驅(qū)動帶輪連接的從動輪；所述從動輪上固定有回轉(zhuǎn)軸，該回轉(zhuǎn)軸的兩端分別連接無接觸角度測量磁碼盤模塊和器械安裝口。
9.一種具有神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置的系統(tǒng)，其特征在于，包括腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)，手術(shù)操作系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)；所述手術(shù)操作系統(tǒng)包括仿真內(nèi)鏡，內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺，鏡鞘平動模塊和器械操作模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)的操作方法包括第一步，開機運行；第二步，姿態(tài)調(diào)整，通過內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺對內(nèi)鏡進入病灶前的姿態(tài)進行調(diào)整；第三步，鏡鞘進給，通過鏡鞘平動模塊將鏡鞘單獨進給到達目標位；第四步，病灶處理，包括利用器械操作平臺使器械在病灶中平動和/或旋轉(zhuǎn)；第五步，人機信息交互，實時傳輸器械姿態(tài)及位置給腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)接口，根據(jù)器械姿態(tài)及位置關(guān)系進行力反饋；第六步，器械姿態(tài)調(diào)整，根據(jù)反饋力度再次調(diào)整器械姿態(tài)，并重復第四步和第五步；第七步，結(jié)束關(guān)機。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療外科器械領(lǐng)域，尤其涉及一種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置，包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺，設置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺上的鏡鞘平動模塊和器械操作模塊，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動模塊和器械操作模塊上的仿真內(nèi)鏡。本發(fā)明還公開一種基于上述神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓練裝置的系統(tǒng)，包括腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)，手術(shù)操作系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)。采用本發(fā)明的有益效果是在神經(jīng)內(nèi)鏡培訓方式上具有更加接近真實器械的操作手感，并配合腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)給被培訓者一種更加真實的手術(shù)臨場感；解決了神經(jīng)內(nèi)鏡這一微創(chuàng)手術(shù)器械的操作培訓僅采用觀摩、觀看錄像和尸頭訓練等方法，而不能提供實際操作的問題；縮短了培訓時間，降低培訓成本。
文檔編號G09B23/28GK102855799SQ20121034036
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者秦磊, 王書付, 楊振九 申請人:佛山市金天皓科技有限公司