專利名稱：神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及醫(yī)療外科器械領(lǐng)域，尤其涉及ー種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)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(yīng)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(xì)操作、創(chuàng)傷小、費(fèi)時(shí)短、恢復(fù)快、預(yù)后好等優(yōu)點(diǎn)，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(xué)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(dǎo)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(xùn)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(xùn)系統(tǒng)或者設(shè)備，大多采用培訓(xùn)班的方式，集中觀摩培訓(xùn)，或者是“師徒制”的一対一的輔導(dǎo)，培訓(xùn)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(xùn)所使用的人機(jī)交互設(shè)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(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)組成的通用機(jī)器人設(shè)備為主。如已進(jìn)入主流消費(fèi)品市場，并得到廣泛應(yīng)用的是美國Sensable公司的PHANToM, 3DImmersion公司的CyberForce,以及Dimension公司的ForceDimension系列產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用在內(nèi)窺鏡和腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中。相對于神經(jīng)內(nèi)鏡這ー特殊手術(shù)場合使用的內(nèi)鏡系統(tǒng)，這些具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)或者串聯(lián)機(jī)構(gòu)的通用機(jī)器人設(shè)備，存在與實(shí)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(xùn)機(jī)構(gòu)，但神經(jīng)內(nèi)鏡的的培訓(xùn)還基本處在集中授課培訓(xùn)、視頻講解觀摩培訓(xùn)以及“師徒制”的培訓(xùn)這些傳統(tǒng)的醫(yī)療手術(shù)培訓(xùn)階段。針對神經(jīng)內(nèi)鏡這一手術(shù)器械的培訓(xùn)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(jià)格昂貴、手術(shù)條件潛在風(fēng)險(xiǎn)較大，現(xiàn)有的培訓(xùn)方式存在培訓(xùn)受眾小，培訓(xùn)過程與實(shí)際操作不能融為一體、培訓(xùn)效果差、培訓(xùn)周期長等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在干，設(shè)計(jì)ー套在操作方式、使用カ感等方面上和實(shí)際手術(shù)使用場合匹配的人機(jī)交互裝置。本實(shí)用新型的目的還在于提供ー種具有上述裝置的系統(tǒng)，培訓(xùn)者除能夠完成內(nèi)鏡手術(shù)的基本操作動(dòng)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(huì)到手術(shù)過程中的視覺、カ覺信息，使培訓(xùn)過程更加逼真、增強(qiáng)培訓(xùn)效果、縮短培訓(xùn)周期。為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置，其特征在于，包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)，設(shè)置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)上的鏡鞘平動(dòng)模塊和器械操作模塊，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動(dòng)模塊和器械操作模塊上的仿真內(nèi)鏡。[0009]作為改進(jìn)地，所述仿真內(nèi)鏡包括鏡鞘，設(shè)置在鏡鞘前端的鏡鞘接ロ、器械接ロ，設(shè)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ロ之間的器械接ロ連桿，以及從前至后依次設(shè)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(jìn)地，所述鏡鞘，鏡鞘接ロ，器械接ロ，器械接ロ連桿和器械旋轉(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(jìn)地，所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)包括支撐底座，設(shè)置在支撐底座上的偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊，設(shè)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(jìn)ー步改進(jìn)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(jī)，以及通過驅(qū)動(dòng)螺桿與第一電機(jī)連接的驅(qū)動(dòng)線輪；所述驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的傳動(dòng)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(dòng)線輪的底部設(shè)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(shè)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(shè)有徑向支撐軸承，所述通孔的上端部設(shè)有軸向止推軸承；所述驅(qū)動(dòng)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(shè)置光電開關(guān)擋片，所述偏擺模塊支撐座上設(shè)置有光電開關(guān)。進(jìn)ー步改進(jìn)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(shè)置在俯仰模塊支撐座上的第二電機(jī)，以及通過螺桿與第二電機(jī)連接的驅(qū)動(dòng)線輪；所述驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的傳動(dòng)比為200:16 ;所述俯仰模塊支撐座的形狀為“U”形座；第二電機(jī)安裝在“U”座的底部，該第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)螺桿伸出到“U”形座側(cè)壁外；俯仰平臺(tái)架設(shè)在“U”形座的開ロ處，該俯仰平臺(tái)ー側(cè)的緊定螺釘上設(shè)有與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿連接的俯仰線輪；在俯仰平臺(tái)另ー側(cè)的緊定螺釘上設(shè)有無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置和光電檢測限位裝置。作為改進(jìn)地，所述鏡鞘平動(dòng)模塊包括鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)，設(shè)置在鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)上的鏡鞘承載裝置和位于鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)前端的鏡鞘平移位移檢測裝置；該鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)包括支撐板，設(shè)置在支撐板上的線軌，設(shè)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(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第三電機(jī)；所述第三電機(jī)通過傳動(dòng)帶連接有力傳感器和鏡鞘平移位移檢測裝置，該該カ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ロ軌道、設(shè)置在鏡鞘接ロ軌道ー個(gè)側(cè)面上的行程觸發(fā)開關(guān)，設(shè)置在鏡鞘接ロ軌道端部的限位板，以及分別位于鏡鞘接ロ軌道另一側(cè)面和底部的一組鎖緊電磁鉄；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(jìn)地，所述器械操作模塊包括器械平動(dòng)平臺(tái)，位于器械平動(dòng)平臺(tái)前端的器械平動(dòng)位移測量裝置，以及設(shè)置在器械平動(dòng)平臺(tái)上的器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；所述器械平動(dòng)平臺(tái)包括支撐板，設(shè)置在支撐板上的線軌，設(shè)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(tái)的平動(dòng)支撐塊，以及驅(qū)動(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第四電機(jī)；所述第四電機(jī)通過傳動(dòng)帶連接有力傳感器和器械平移位移檢測裝置，該該カ傳感器通過螺釘與安裝座固定連接；所述器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)通過平動(dòng)支撐塊安裝在器械平動(dòng)平臺(tái)的滑塊上；該器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括設(shè)置在平動(dòng)支撐塊上的第五電機(jī)，被第五電機(jī)驅(qū)動(dòng)的張緊輪，與張緊輪咬合的驅(qū)動(dòng)帶輪，以及通過傳動(dòng)帶與驅(qū)動(dòng)帶輪連接的從動(dòng)輪；所述從動(dòng)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ロ。本實(shí)用新型還提供一種具有前述神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)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(tái)，鏡鞘平動(dòng)模塊和器械操作模塊。采用本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型開創(chuàng)性地設(shè)計(jì)ー種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置及其系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在神經(jīng)內(nèi)鏡培訓(xùn)方式這ー領(lǐng)域具有更加接近真實(shí)器械的操作手感、配合高度真實(shí)的腦部數(shù)據(jù)給被培訓(xùn)者ー種更加真實(shí)的手術(shù)臨場感；解決了神經(jīng)內(nèi)鏡這ー微創(chuàng)手術(shù)器械的操作培訓(xùn)僅采用觀摩、觀看錄像和尸頭訓(xùn)練等方法，不能提供實(shí)際操作的問題；極大地縮短了培訓(xùn)時(shí)間，降低培訓(xùn)成本。同吋，仿真內(nèi)鏡通過設(shè)置鏡鞘接ロ，方便實(shí)現(xiàn)與鏡鞘平動(dòng)模塊的快速連接和脫離，通過設(shè)置器械接ロ，方便實(shí)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，本實(shí)用新型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(jìn)ー步保證了系統(tǒng)的緊湊型性，輕巧。

圖1所示為本實(shí)用新型提供的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為仿真內(nèi)鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)剖視圖；圖5所示為鏡鞘平動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6所示為鏡鞘平動(dòng)模塊的鏡鞘承載裝置結(jié)構(gòu)放大圖；圖7所示為鏡鞘平動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)剖視圖；圖8所示為器械操作模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖9所示為本實(shí)用新型提供的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練系統(tǒng)原理示意圖。附圖標(biāo)記說明1、仿真內(nèi)鏡 2、內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái) 3、鏡鞘平動(dòng)模塊 4、器械操作模塊11、鏡鞘 12、鏡鞘接ロ 13、器械接ロ 14、器械操作鉗 15、操作手柄16、器械接ロ連接桿 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(jī) 213、驅(qū)動(dòng)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(jī) 223、俯仰線輪 224、俯仰平臺(tái)31、鏡鞘承載裝置 32、鏡鞘平動(dòng)平臺(tái) 33、鏡鞘平移位移檢測裝置 311、鏡鞘接ロ軌道 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(jī) 326、力傳感器 327、機(jī)械限位塊 328、光電開關(guān)[0034]41、器械平動(dòng)平臺(tái) 42、器械平動(dòng)位移測量裝置 43、器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái) 44、平動(dòng)支撐塊 411、第四電機(jī) 431、第五電機(jī) 432、張緊輪 433、驅(qū)動(dòng)帶輪 434、從動(dòng)輪435、無接觸角度測量磁碼盤模塊 436、器械安裝ロ。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)ー步闡述本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)，結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
說明如下。仿真模擬裝置實(shí)施例如圖1所示，ー種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)2，設(shè)置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)2上的鏡鞘平動(dòng)模塊3和器械操作模塊4，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動(dòng)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(shè)置在鏡鞘11前端的鏡鞘接ロ 12、器械接ロ 13，設(shè)置在鏡鞘后端的器械操作鉗14和操作手柄15，位于鏡鞘接ロ 12和器械接ロ 13間設(shè)有器械接ロ連桿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，鏡鞘接ロ 12，器械接ロ 13，器械接ロ連桿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(shí)際操作時(shí)，使用者一只手握操作手柄15,另外ー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(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)器械的操作動(dòng)作。特別地，和真實(shí)的內(nèi)鏡操作使用相同，使用者旋動(dòng)整個(gè)器械操作鉗14時(shí)，器械接ロ連桿16和器械旋轉(zhuǎn)操作柄17不會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)；將器械接ロ連桿16通過螺釘和器械旋轉(zhuǎn)操作柄17固結(jié)，単獨(dú)旋轉(zhuǎn)器械旋轉(zhuǎn)操作柄17時(shí)，帶動(dòng)器械接ロ連桿16、器械接ロ 13 —起旋轉(zhuǎn)，無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼盤18實(shí)時(shí)監(jiān)測器械接ロ 13的旋轉(zhuǎn)角度。其他實(shí)施方式中，整個(gè)器械操作鉗14可以換成其他操作培訓(xùn)器械，比如電凝，止血鉗等在操作方式上大多有直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來完成的器械。如圖3所示，所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)2包括支撐底座23，設(shè)置在支撐底座23上的偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊21，設(shè)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(shí)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(shè)置在支撐底座23上，不限于本實(shí)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(jī)212，以及通過傳動(dòng)鋼絲與第一電機(jī)212驅(qū)動(dòng)螺桿連接的驅(qū)動(dòng)線輪213 ;優(yōu)選第一電機(jī)212的驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪213之間的傳動(dòng)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(shè)置在俯仰模塊支撐座221上的第二電機(jī)222，通過傳動(dòng)鋼絲與第二電機(jī)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(tái)224 ;優(yōu)選第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪213之間的傳動(dòng)比為200:16。進(jìn)ー步地，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(dòng)線輪的底部設(shè)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(shè)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(shè)有徑向支撐軸承216，所述通孔的上端部設(shè)有軸向止推軸承217 ;所述驅(qū)動(dòng)線輪、偏擺旋轉(zhuǎn)軸214和支撐法蘭24間通過銷軸218固定。實(shí)際運(yùn)作時(shí)，所述第一電機(jī)通過傳動(dòng)鋼絲帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)線輪213旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)連續(xù)、平穩(wěn)；所述無接觸旋轉(zhuǎn)磁碼裝置215實(shí)時(shí)監(jiān)測驅(qū)動(dòng)線輪轉(zhuǎn)過的角度。為進(jìn)一歩檢測驅(qū)動(dòng)線輪往復(fù)擺動(dòng)的極限位置，所述支撐法蘭24上設(shè)置光電開關(guān)擋片，所述偏擺模塊支撐座211上設(shè)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(shí)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；第ニ電機(jī)222安裝在“U”座的底部，該第二電機(jī)222的驅(qū)動(dòng)螺桿伸出到“U”形座側(cè)壁外；俯仰平臺(tái)224架設(shè)在“U”形座的開ロ處，該俯仰平臺(tái)224 —側(cè)的緊定螺釘上設(shè)有與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿連接的俯仰線輪223。進(jìn)ー步地，為方便控制俯仰平臺(tái)224的擺動(dòng)角度和擺動(dòng)極限，在俯仰平臺(tái)224的另ー側(cè)上設(shè)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(dòng)模塊3包括鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)32，設(shè)置在鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)32上的鏡鞘承載裝置31和位于鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)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包括鏡鞘接ロ軌道311、設(shè)置在鏡鞘接ロ軌道311 —個(gè)側(cè)面上的行程觸發(fā)開關(guān)312，設(shè)置在鏡鞘接ロ軌道311端部的限位板313，以及分別位于鏡鞘接ロ軌道311另ー側(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(dòng)平臺(tái)包括支撐板321，設(shè)置在支撐板321上的線軌322，設(shè)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(dòng)滑塊323往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第三電機(jī)325。優(yōu)選地，所述第三電機(jī)325通過傳動(dòng)帶連接有力傳感器326和鏡鞘平移位移檢測裝置33，該該カ傳感器326通過螺釘與安裝座324固定連接。第三電機(jī)325運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)カ傳感器326、安裝座324在線軌322上滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鏡鞘承載裝置31的平動(dòng)。并且，力傳感器326和鏡鞘平移位移檢測裝置33實(shí)時(shí)檢測運(yùn)動(dòng)過程中的力信號(hào)和位移信號(hào)。進(jìn)ー步地，為方便對鏡鞘承載裝置的初始位置鎖定，所述鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)上還設(shè)有一個(gè)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(shí)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(jìn)行限位，所述線軌兩端設(shè)置有機(jī)械限位塊327，支撐板321上分別對應(yīng)機(jī)械限位塊3 27設(shè)置有光電開關(guān)328，光電開關(guān)擋片設(shè)置在安裝座324上運(yùn)動(dòng)遮擋光電開關(guān)328，進(jìn)行定位。如圖8所示，所述器械操作模塊4包括器械平動(dòng)平臺(tái)41，位于器械平動(dòng)平臺(tái)41前端的器械平動(dòng)位移測量裝置42，以及設(shè)置在器械平動(dòng)平臺(tái)41上的器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)43。其中，所述器械平動(dòng)平臺(tái)41、器械平動(dòng)位移測量模塊42與鏡鞘平動(dòng)模塊中的鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)和鏡鞘平移位移檢測裝置的實(shí)現(xiàn)方案類似，這里不再贅述；特別地，第四電機(jī)411設(shè)置在鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)上方。本實(shí)施例中，所述器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)43通過平動(dòng)支撐塊44安裝在器械平動(dòng)平臺(tái)41的滑塊上。該器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)43包括設(shè)置在平動(dòng)支撐塊44上的第五電機(jī)431，被第五電機(jī)驅(qū)動(dòng)的張緊輪432，與張緊輪432咬合的驅(qū)動(dòng)帶輪433，以及通過傳動(dòng)帶與驅(qū)動(dòng)帶輪433連接的從動(dòng)輪434 ;所述從動(dòng)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和器械安裝ロ 436。實(shí)際安裝時(shí)，整個(gè)器械操作模塊4通過螺釘組和鏡鞘移動(dòng)平臺(tái)上的安裝座固定連接，且鏡鞘平動(dòng)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(dòng)支撐塊固定連接。使用時(shí)，操作者操作整個(gè)仿真內(nèi)鏡插入鏡鞘接ロ軌道從而使器械接ロ進(jìn)入同軸的器械安裝ロ進(jìn)行配合并張紫。當(dāng)使用者推動(dòng)仿真內(nèi)鏡中操作柄時(shí)，即可完成整個(gè)器械部分在器械平動(dòng)平臺(tái)上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)使用者旋轉(zhuǎn)仿真內(nèi)鏡中操作手柄時(shí)，與之同軸的回轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)，即可完成整個(gè)器械部分在器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，通過無接觸角度測量磁碼盤模塊將器械的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測并上傳到中央控制器。當(dāng)操作器械在虛擬圖像系統(tǒng)中出現(xiàn)不符合培訓(xùn)流程違規(guī)操作或者誤操作吋，驅(qū)動(dòng)帶輪帶動(dòng)從動(dòng)輪、對器械的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)或者相應(yīng)的操作堵塞感。仿真模擬訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)施例如圖9所示，一種神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)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(tái)，鏡鞘平動(dòng)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(tái)，調(diào)整手術(shù)操作系統(tǒng)進(jìn)入腦部三維數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)的初始姿態(tài)；推動(dòng)仿真內(nèi)鏡在鏡鞘平動(dòng)模塊上移動(dòng)，模擬實(shí)現(xiàn)真實(shí)的鏡鞘沿著病灶方向水平移動(dòng)，同時(shí)中央控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤平動(dòng)的位移和推動(dòng)的交互力信息；等待鏡鞘到達(dá)目標(biāo)病灶位置后，鏡鞘不動(dòng)，操作者操作器械操作模塊進(jìn)行動(dòng)作，模擬對病灶的處理，同時(shí)中央控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤平動(dòng)的位移和推動(dòng)的交互力信息。在上述的動(dòng)作中，中央控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)的將各個(gè)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(gè)關(guān)節(jié)位移信息作出力反饋回手術(shù)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型這一人機(jī)交互裝置與虛擬數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)交互。以上具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)說明，但并不能以此來對保護(hù)范圍進(jìn)行限制。顯而易見地，在本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的啟示下，本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員還可進(jìn)行許多改進(jìn)和修飾，比如，在所有的帶輪驅(qū)動(dòng)或傳動(dòng)均設(shè)置張緊裝置；在所有平動(dòng)的初始位置都能通過鎖緊電磁鐵上的銷軸是否插入相應(yīng)鎖緊銷孔座來實(shí)現(xiàn)鎖緊和解鎖；需要注意的是，這些改進(jìn)和修飾都落在本專利的權(quán)利要求保護(hù)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(xùn)練裝置，其特征在于，包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)，設(shè)置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)上的鏡鞘平動(dòng)模塊和器械操作模塊，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動(dòng)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1所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述仿真內(nèi)鏡包括鏡鞘，設(shè)置在鏡鞘前端的鏡鞘接口、器械接口，設(shè)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(shè)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(xùn)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1所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)包括支撐底座，設(shè)置在支撐底座上的偏擺姿態(tài)調(diào)整模塊，設(shè)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(xùn)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(jī)，以及通過驅(qū)動(dòng)螺桿與第一電機(jī)連接的驅(qū)動(dòng)線輪；所述驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的傳動(dòng)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(dòng)線輪的底部設(shè)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(shè)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(shè)有徑向支撐軸承，所述通孔的上端部設(shè)有軸向止推軸承；所述驅(qū)動(dòng)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(shè)置光電開關(guān)擋片，所述偏擺模塊支撐座上設(shè)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(xùn)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(shè)置在俯仰模塊支撐座上的第二電機(jī)，以及通過螺桿與第二電機(jī)連接的驅(qū)動(dòng)線輪；所述驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的連接方式為鋼絲連接，該驅(qū)動(dòng)螺桿和驅(qū)動(dòng)線輪之間的傳動(dòng)比為200:16 ;所述俯仰模塊支撐座的形狀為“U”形座；第二電機(jī)安裝在“U”座的底部，該第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)螺桿伸出到“U”形座側(cè)壁外；俯仰平臺(tái)架設(shè)在“U”形座的開口處，該俯仰平臺(tái)一側(cè)的緊定螺釘上設(shè)有與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿連接的俯仰線輪；在俯仰平臺(tái)另一側(cè)的緊定螺釘上設(shè)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1所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述鏡鞘平動(dòng)模塊包括鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)，設(shè)置在鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)上的鏡鞘承載裝置和位于鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)前端的鏡鞘平移位移檢測裝置；該鏡鞘平動(dòng)平臺(tái)包括支撐板，設(shè)置在支撐板上的線軌，設(shè)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(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第三電機(jī)；所述第三電機(jī)通過傳動(dòng)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(shè)置在鏡鞘接口軌道一個(gè)側(cè)面上的行程觸發(fā)開關(guān)，設(shè)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1所述的神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述器械操作模塊包括器械平動(dòng)平臺(tái)，位于器械平動(dòng)平臺(tái)前端的器械平動(dòng)位移測量裝置，以及設(shè)置在器械平動(dòng)平臺(tái)上的器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；所述器械平動(dòng)平臺(tái)包括支撐板，設(shè)置在支撐板上的線軌，設(shè)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(tái)的平動(dòng)支撐塊，以及驅(qū)動(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第四電機(jī)；所述第四電機(jī)通過傳動(dòng)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(tái)通過平動(dòng)支撐塊安裝在器械平動(dòng)平臺(tái)的滑塊上；所述器械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括設(shè)置在平動(dòng)支撐塊上的第五電機(jī)，被第五電機(jī)驅(qū)動(dòng)的張緊輪，與張緊輪咬合的驅(qū)動(dòng)帶輪，以及通過傳動(dòng)帶與驅(qū)動(dòng)帶輪連接的從動(dòng)輪；所述從動(dòng)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(xùn)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(tái)，鏡鞘平動(dòng)模塊和器械操作模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及醫(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(xùn)練裝置，包括內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)，設(shè)置在所述內(nèi)鏡姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)上的鏡鞘平動(dòng)模塊和器械操作模塊，以及通過鏡鞘連接在鏡鞘平動(dòng)模塊和器械操作模塊上的仿真內(nèi)鏡。本實(shí)用新型還公開一種基于上述神經(jīng)內(nèi)鏡仿真模擬訓(xùn)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)。采用本實(shí)用新型的有益效果是在神經(jīng)內(nèi)鏡培訓(xùn)方式上具有更加接近真實(shí)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(xùn)者一種更加真實(shí)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(xùn)僅采用觀摩、觀看錄像和尸頭訓(xùn)練等方法，而不能提供實(shí)際操作的問題；縮短了培訓(xùn)時(shí)間，降低培訓(xùn)成本。
文檔編號(hào)G09B23/28GK202871171SQ201220468390
公開日2013年4月10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