一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法
2023-09-23 13:31:45 1
一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法
【專利摘要】本發明描述了一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器。該模擬器用來幫助外科醫生完成腹腔鏡手術的模擬訓練，該模擬器包括如下部件：部件一是金屬框及導軌。金屬框用來支撐整個裝置，導軌則固定在金屬框上支撐起託盤，並使託盤能在導軌上左右滑動或者固定；部件二是金屬託盤及託盤上用來固定力反饋設備的部分。該部件主要用來託起力反饋設備，並讓力反饋設備放到託盤上時能被固定住；部件三是兩臺Phantom?Omni力反饋設備。它們是該腹腔鏡虛擬手術模擬器的核心部件；部件四是兩柄跟Phantom?Omni力反饋設備相連的腹腔鏡手術鉗。部件五是帶有孔洞的橡膠板，固定在金屬框的上面用來模擬人體肚皮。
【專利說明】一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器。
【背景技術】
[0002]隨著虛擬實境(Virtual Reality,VR)技術在醫學領域應用的不斷拓展和深入,虛擬手術(Virtual Surgery)及VR手術模擬器越來越受到人們的關注。以目前流行的腹腔鏡微創外科為例，這種手術通過在病人腹部開孔，將手術器械和攝像頭深入到腹腔內，醫生從電腦屏幕上觀察腹腔狀況並操作手術器械，能夠極大限度地減小創口，減輕病人的痛苦，縮短病人康復時間。這種手術方法給病人帶來了福音，卻對醫生提出了更高的要求，醫生必須經過充分的訓練才能掌握其眼手協調能力，勝任相應手術。目前針對這類手術的訓練通常是在屍體、動物或者人工合成物(如矽膠)上進行的。屍體能夠提供一個真實的解剖結果，但是來源稀少，並且屍體跟活體對手術器械表現出的響應並不相同。動物活體能夠表現出真實的響應，但費用昂貴，並且在醫學倫理道德上越來越受到限制。人工合成物價格便宜，但是不能很好地反應軟組織的特性。相比之下，虛擬手術技術具有手術環境及器械響應可控，可重複演練等多項優點，成為未來外科培訓的發展趨勢。醫生藉助VR手術模擬器進行手術訓練及規劃，可降低手術訓練以及治療的成本和風險；減少醫生培訓教學中對動物和屍體的依賴；提高臨床醫學診斷、治療的技能和精度；使得高難度手術得以更快地普及；減輕患者的治療痛苦、縮短滯院時間、降低醫療支出。對於緩解目前我國的醫患矛盾，健全完善具有高科技含量的全民健康體系有著重要意義。
[0003]本發明設計了 一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器。使得外科醫生通過該平臺能在電腦上進行各類腹腔鏡手術的模擬訓練。
【發明內容】
[0004]本發明解決的技術問題是:提供了一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器。其製作過程包括以下五個步驟:
[0005]步驟(I)、製作金屬框及導軌。尺寸如圖1所示。金屬框的長寬高參數均為外邊緣尺寸，金屬框材料的厚度為3?4釐米比較合適，材料要求輕便，結實，耐用，不會生鏽。其中金屬條的連接可以用45度三角形金屬塊，通過上螺釘來連接。如果用焊接會不方便拆卸，也不美觀。滑軌的寬度設計為7?9釐米，這樣託盤放在上面比較穩。滑軌厚度設計為4?5釐米，方便通過擰緊託盤下的螺釘可以使其固定在滑軌上的某一位置。
[0006]步驟(2)、製作託盤。尺寸如圖2所示，可以先選擇20釐米xl8釐米的長方形塑料板(或者樹脂板)，按圖2中所畫虛線剪掉四個角，形成一個對稱的六邊形。注意:託盤需要有2釐米左右的厚度，因為需要與兩塊「L」型金屬板件通過打孔上螺釘來連接，最後安放到滑軌上。最終這個託盤應該能比較好地託住力反饋設備的底座(見圖4)。
[0007]步驟(3)、製作託盤上用來固定力反饋設備的金屬板。當力反饋設備放到託盤上時，還需要將其固定住，設計示意圖如圖3。圖中六邊形是託盤，圓形虛線是力反饋設備的底座。分別在託盤的四個邊(也就是圖2中的虛線)中心位置處加裝四個金屬板，金屬板的高度為4釐米左右，寬度3釐米左右(這個尺寸不需要很精確，主要是用來加裝螺釘，固定力反饋設備用的。考慮到加工方便，也可以用L形金屬板來代替)。在離金屬板上邊緣I釐米的位置處打一個孔，用來上螺釘。螺釘尖端粘上橡膠，最後能擰到跟力反饋設備的外殼充分貼近，起到固定設備的作用，且不會劃傷設備外殼。金屬板的底端打兩個孔，通過螺釘跟託盤連接。其最終效果側視圖如圖3、圖4所示。
[0008]步驟(4)、在託盤下表面加裝「L」型金屬板。將兩塊「L」型金屬板件通過打孔上螺釘連接到託盤(圖2)，最後安放到滑軌上。兩塊「L」型金屬板之間的距離比滑軌的寬度稍微多一點，並可以通過帶有把手的螺杆進行鬆緊調節。最終效果圖如圖5所示。
[0009]步驟(5)、連接力反饋設備的手柄及腹腔鏡手術鉗。將力反饋設備的手柄及腹腔鏡手術鉗用銅絲及萬能膠連接起來，並在金屬框的上面加裝帶有兩個孔洞的橡膠板模擬人體的肚皮。讓腹腔鏡手術鉗與力反饋設備相連時穿過塑料板上的孔洞，最終效果圖如圖6
[0010]所示:
[0011]本發明的樣機如圖7所示，與現有的醫療培訓市場上常見的商業腹腔鏡模擬器硬體相比的優點在於:
[0012](I)本發明設計的模擬器通過Phantom Omni裝置能夠提供可靠的力反饋。在手術訓練中，外科醫生除了能觀察到逼真的手術環境視覺效果，還能感受到真實的手感和力度。
[0013](2)硬體平臺所用材料簡單、可靠，便於移動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為金屬框及導軌的尺寸；
[0015]圖2為託盤的尺寸(左:正面圖，右:側面圖)；
[0016]圖3為託盤及固定用金屬板示意圖；
[0017]圖4為託盤、固定用金屬板以及力反饋設備；
[0018]圖5為滑軌上的託盤效果圖；
[0019]圖6為力反饋設備與腹腔鏡手術鉗的連接示意圖；
[0020]圖7a為樣機的效果圖之一；
[0021]圖7b為樣機的效果圖之二；
[0022]圖8本發明的結構圖。
[0023]以下是圖中各個標號的說明:
[0024]1.手柄(腹腔鏡手術鉗)；
[0025]2.橡膠板；
[0026]3.金屬框；
[0027]4.力反饋設備；
[0028]5.託盤(用來承載，安放力反饋設備)；
[0029]6.滑軌(固定在金屬框上，託盤可以在上面左右滑動。當擰緊託盤下的螺釘可以使其固定在滑軌上的某一位置)；
[0030]7.「L」型金屬板；
[0031]8.金屬板；[0032]9.螺釘；
[0033]10.鬆緊可調螺杆；
【具體實施方式】
[0034]本發的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器，其詳細的製作過程包括以下五個步驟:
[0035]步驟(1)、製作金屬框及導軌。尺寸如圖1所示。金屬框的長寬高參數均為外邊緣尺寸，金屬框材料的厚度為3~4釐米比較合適，材料要求輕便，結實，耐用，不會生鏽。其中金屬條的連接可以用45度三角形金屬塊，通過上螺釘來連接。如果用焊接會不方便拆卸，也不美觀。滑軌的寬度設計為7~9釐米，這樣託盤放在上面比較穩。滑軌厚度設計為4~5釐米，方便通過擰緊託盤下的螺釘可以使其固定在滑軌上的某一位置。
[0036]步驟(2)、製作託盤。尺寸如圖2所示，可以先選擇20釐米xl8釐米的長方形塑料板(或者樹脂板)，按圖2中所畫虛線剪掉四個角，形成一個對稱的六邊形。注意:託盤需要有2釐米左右的厚度，因為需要與兩塊「L」型金屬板件通過打孔上螺釘來連接，最後安放到滑軌上。最終這個託盤應該能比較好地託住力反饋設備的底座(見圖4)。
[0037]步驟(3)、製作託盤上用來固定力反饋設備的金屬板。當力反饋設備放到託盤上時，還需要將其固定住，設計示意圖如圖3。圖中六邊形是託盤，圓形虛線是力反饋設備的底座。分別在託盤的四個邊(也就是圖2中的虛線)中心位置處加裝四個金屬板，金屬板的高度為4釐米左右，寬度3釐米左右(這個尺寸不需要很精確，主要是用來加裝螺釘，固定力反饋設備用的。考慮到加工方便，也可以用L形金屬板來代替)。在離金屬板上邊緣I釐米的位置處打一個孔，用來上螺釘。螺釘尖端粘上橡膠以防止劃傷設備。最後能擰到跟力反饋設備的外殼充分貼近，起到固定設備的作用，且不會劃傷設備外殼。金屬板的底端打兩個孔，通過螺釘跟託盤連接。其最終效果俯、側視圖如圖3、圖4所示。
[0038]步驟(4)、在託盤下表面加裝「L」型金屬板。將兩塊「L」型金屬板件通過打孔上螺釘連接到託盤(圖2)，最後安放到滑軌上。兩塊「L」型金屬板之間的距離比滑軌的寬度稍微多一點，並可以通過帶有把手的螺杆進行鬆緊調節。最終效果圖如圖5所示。
[0039]步驟(5)、連接力反饋設備的手柄及腹腔鏡手術鉗。將力反饋設備的手柄(圖6)及腹腔鏡手術鉗(圖1①)用銅絲及萬能膠連接起來，並在金屬框的上面加裝帶有兩個孔洞的橡膠板(見圖1)模擬人體的肚皮。讓腹腔鏡手術鉗與力反饋設備相連時穿過塑料板上的孔洞，最終效果圖如圖6所7]^。
[0040]本發明未詳細闡述的技術內容屬於本領域技術人員的公知技術。
[0041]儘管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便於本技術領的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於【具體實施方式】的範圍，對本【技術領域】的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【權利要求】
1.一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器，其特徵在於，包括: 金屬框及導軌:金屬框用來支撐整個裝置，導軌則固定在金屬框上支撐起託盤，並使託盤能在其上滑動； 託盤:用來託起力反饋設備，並讓力反饋設備(Phantom Omni)能夠平穩地放到託盤上; 託盤上用來固定力反饋設備的金屬板:屬於託盤上的附屬部件，當兩臺Phantom Omni力反饋設備安放在託盤上能將力反饋設備固定住； 託盤下表面的「L」型金屬板:用來使託盤能夠在滑軌上左右滑動；當裝置組裝完畢時，使託盤能固定到滑軌上合適的位置； 兩柄腹腔鏡手術鉗與Phantom Omni力反饋設備相連，並使腹腔鏡手術鉗穿過橡膠板的孔洞。
2.一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法，其特徵在於包括如下步驟: 步驟(1)、金屬框及導軌的製作:金屬框用來支撐整個裝置，導軌則固定在金屬框上支撐起託盤，並使託盤能在其上滑動； 步驟(2)、託盤的製作:主要用來託起力反饋設備,並讓力反饋設備(Phantom Omni)你能夠平穩地放到託盤上； 步驟(3)、託盤上用來固定力反饋設備的金屬板的製作:屬於託盤上的附屬部件，當兩臺Phantom Omni力反饋設備安放在託盤上能將其固定住； 步驟(4)、在託盤下表面加裝「L」型金屬板:用來使託盤在滑軌上左右滑動；當裝置組裝完畢時，使託盤能固定到滑軌上合適的位置； 步驟(5)、將兩柄腹腔鏡手術鉗與Phantom Omni力反饋設備相連，並使腹腔鏡手術鉗穿過橡膠板的孔洞。
3.根據權利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法，其特徵在於: 所述步驟(1)、金屬框及導軌的製作，金屬框的長寬高參數均為外邊緣尺寸，金屬框材料的厚度為3~4釐米，材料要求不會生鏽；其中金屬條的連接用45度三角形金屬塊，通過上螺釘來連接；滑軌厚度為4~5釐米，方便通過擰緊託盤下的螺釘使其固定在滑軌上的某一位置。
4.根據權利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法，其特徵在於: 所述步驟(2)、託盤的製作，先選擇長方形塑料板，剪掉四個角，形成一個對稱的六邊形；託盤需要有2釐米的厚度，與兩塊「L」型金屬板件通過打孔上螺釘來連接，最後安放到滑軌上；最終這個託盤能託住力反饋設備的底座。
5.根據權利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法，其特徵在於: 所述步驟(3)、託盤上用來固定力反饋設備的金屬板的製作，當力反饋設備放到託盤上時，還需要將其固定住，託盤是六邊形，分別在託盤的四個邊中心位置處加裝四個金屬板，在離金屬板上邊緣I釐米的位置處打一個孔，用來上螺釘；螺釘尖端粘上橡膠，最後能擰到跟力反饋設備的外殼貼近處，起到固定設備的作用，且不會劃傷設備外殼；金屬板的底端打兩個孔，通過螺釘跟託盤連接。
6.根據權利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法，其特徵在於: 所述步驟(4)、在託盤下表面加裝「L」型金屬板，將兩塊「L」型金屬板件通過打孔上螺釘連接到託盤，最後安放到滑軌上；兩塊「L」型金屬板之間的距離比滑軌的寬度大，並能通過帶有把手的螺杆進行鬆緊調節。
7.根據權利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術模擬器的製造方法，其特徵在於: 所述步驟(5)、連接力反饋設備的手柄及腹腔鏡手術鉗，將力反饋設備的手柄及腹腔鏡手術鉗用銅絲及萬能膠連接起來，並在金屬框的上面加裝帶有兩個孔洞的橡膠板模擬人體的肚皮，讓腹腔鏡 手術鉗與力反饋設備相連時穿過塑料板上的孔洞。
【文檔編號】G09B9/00GK103943017SQ201410109392
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月22日 優先權日:2014年3月22日
【發明者】潘俊君, 趙沁平, 王莉莉, 郝愛民, 李帥 申請人:北京航空航天大學