虛擬手術訓練系統的製作方法

2023-12-02 20:49:56

本實用新型涉及虛擬實境技術領域，具體而言，涉及一種虛擬手術訓練系統。

背景技術：

目前虛擬實境技術在醫學領域的應用十分突出，在已有的大部分虛擬手術系統中，都只是採用手握式力反饋儀器進行模擬操作。它僅僅能夠在一個有限的空間內模擬一個手術的操作過程，能夠還原手術中醫生手部的操作，力反饋設備需要完成手術以及手術外一切其他的操作，比如對模型的景深、對模型放大縮小、對重點部位進行拍照記錄等。

而在目前的虛擬手術模擬過程中，所有的操作都只能通過手握式力反饋設備來完成，一些輔助功能是利用電腦鍵盤在操作。在進行虛擬手術過程中，醫生需要雙手操作力反饋設備，但是進行一些輔助操作時要改用鍵盤。這時需要用鍵盤的一些功能鍵對模型進行輔助操作，大大降低了系統的沉浸性。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型實施例的目的在於提供一種虛擬手術訓練系統以改善上述問題。

為了達到上述的目的，本實用新型提供的虛擬手術訓練系統的技術方案如下所述：

一種虛擬手術訓練系統，包括：控制主機、顯示設備、力反饋設備以及腳踏設備，所述控制主機分別與所述顯示設備、所述力反饋設備以及所述腳踏設備電性連接；

顯示設備用於顯示虛擬手術模型，所述力反饋設備用於根據用戶的操作向所述控制主機發送第一控制信號以對所述虛擬手術模型進行手術模擬操作，以及接收所述控制主機的反饋信息以對用戶進行力反饋，所述腳踏設備用於根據用戶操作向所述控制主機發送第二控制信號以對所述虛擬手術模型進行輔助操作。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，，所述腳踏設備用於向所述控制主機發送所述第二控制信號以對所述虛擬手術模型進行放大和縮小。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，所述腳踏設備用於向所述控制主機發送所述第二控制信號以對所述虛擬手術模型進行左右和/或上下移動。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，所述腳踏設備用於向所述控制主機發送所述第二控制信號以對所述虛擬手術模型進行景深調節。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，所述腳踏設備用於向所述控制主機發送所述第二控制信號以對所述虛擬手術模型進行拍照。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，所述腳踏設備包括控制晶片、第一腳踏開關和第二腳踏開關，所述控制晶片與所述控制主機電性連接，所述控制晶片包括第一電平信號輸入引腳和第二電平信號輸入引腳，所述第一腳踏開關電性連接於所述第一電平信號輸入引腳與地之間，所述第二腳踏開關電性連接於所述第二電平信號輸入引腳與地之間。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，虛擬手術訓練系統還包括圖像採集設備，所述圖像採集設備與所述控制主機電性連接，所述圖像採集設備用於採集模型圖像並上傳給所述控制主機，以便所述控制主機建立所述虛擬手術模型。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，所述圖像採集設備為CT機。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，所述顯示設備為顯示器。

如上所述的虛擬手術訓練系統，優選地，所述顯示設備為投影儀。

與現有技術相比，本實用新型的虛擬手術訓練系統具有如下有益效果：

本實用新型提供的虛擬手術訓練系統可通過設置與控制主機電性連接的腳踏設備，在使用虛擬手術訓練系統進行模擬手術訓練時，可通過腳踏設備對模擬手術模型進行輔助操作，整個過程中不需要用戶用手操作虛擬手術訓練系統的輔助功能，使用戶能夠專心投入到手術模擬操作中，增強了虛擬手術訓練系統的沉浸性。

為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本實用新型第一實施例提供的虛擬手術訓練系統方框示意圖。

圖2為本實用新型第一實施例提供的腳踏設備的電路示意圖。

圖3為本實用新型第二實施例提供的虛擬手術訓練系統方框示意圖。

圖標：100-控制主機、200-顯示設備、300-力反饋設備、400-腳踏設備、500-圖像採集設備。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本實用新型的範圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該實用新型產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語「水平」、「豎直」、「懸垂」等術語並不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如「水平」僅僅是指其方向相對「豎直」而言更加水平，並不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

第一實施例

請參閱圖1，是本實用新型實施例提供的虛擬手術訓練系統的方框示意圖。如圖1所示，虛擬手術訓練系統包括有控制主機100、顯示設備200、力反饋設備300以及腳踏設備400。控制主機100分別與顯示設備200、力反饋設備300以及腳踏設備400電性連接。

其中，控制主機100預先存儲有虛擬手術模型或根據採集到的圖像建立有虛擬手術模型，本實施例中，虛擬手術模型優選為三維圖像模型。顯示設備200用於顯示該虛擬手術模型，以便用戶根據顯示的虛擬手術模型進行虛擬手術。力反饋設備300用於根據用戶的操作向控制主機100發送第一控制信號以對虛擬手術模型進行手術模擬操作。控制主機100用於在接收到力反饋設備300發送的第一控制信號後模擬出與第一控制信號對應的模擬操作，並在顯示設備200上顯示出來，同時向力反饋設備300反饋一反饋信息。力反饋設備300還用於根據控制主機100反饋的反饋信息對用戶進行力反饋。腳踏設備400用於根據用戶操作向控制主機100發送第二控制信號以對虛擬手術模型進行輔助操作。

本實用新型實施例中，腳踏設備400用於向控制主機100發送第二控制信號以對虛擬手術模型進行輔助操作。其中，該輔助操作可以是對虛擬手術模型進行放大和縮小，可以是對虛擬手術模型進行左右和/或上下移動，也可以是對虛擬手術模型進行景深調節，還可以是對虛擬手術模型進行拍照等操作，本實用新型實施例中並未做任何限定。

本實用新型實施例中，腳踏設備400用於向控制主機100發送第二控制信號以對虛擬手術模型進行輔助操作，如圖2所示，腳踏設備400包括有控制晶片U、第一腳踏開關K1、第二腳踏開關K2、第一電阻R1和第二電阻R2，控制晶片U與控制主機100電性連接，控制晶片U包括有第一電平信號輸入引腳S1、第二電平信號輸入引腳S2以及外部中斷引腳INTO，第一腳踏開關K1電性連接於第一電平信號輸入引腳S1與地之間，第二腳踏開關K2電性連接於第二電平信號輸入引腳S2與地之間，第一電阻R1電性連接於電源與外部中斷引腳INTO之間，第二電阻R2電性連接於電源與外部中斷引腳INTO之間，第一電阻R1還電性連接於第一電平信號輸入引腳S1與第一腳踏開關K1之間，第二電阻R2還電性連接於第二電平信號輸入引腳S2與第二腳踏開關K2之間。

以腳踏設備400用於控制虛擬手術模型進行放大和縮小為例，假定第一腳踏開關K1用於控制虛擬手術模型放大，第二腳踏開關K2用於控制虛擬手術模型縮小。在使用虛擬手術訓練系統進行模擬手術訓練的過程中，當用戶需要對虛擬手術模型進行放大時，用戶踩踏第一腳踏開關K1，此時第一電平信號輸入引腳S1接地，控制晶片向控制主機100反饋一電平信號，控制主機100收到該電平信號後控制虛擬手術模型進行放大並通過顯示設備200顯示出來。當用戶需要對虛擬手術模型進行縮小時，用戶踩踏第二腳踏開關K2，此時第二電平信號輸入引腳S2接地，控制晶片向控制主機100反饋另一電平信號，控制主機100收到該另一電平信號後控制虛擬手術模型進行縮小並通過顯示設備200顯示出來。如此，用戶即可通過腳踏設備400控制虛擬手術模型進行放大和縮小，在整個過程中，用戶的雙手可一直操作力反饋設備300進行手術模擬操作，而不需要用手進行相應的輔助操作，使用戶能夠專心投入到手術模擬操作中，提高虛擬手術訓練系的沉浸性和訓練效果。

需要說明的是，本實施例中，腳踏開關不僅限於第一腳踏開關K1和第二腳踏開關K2兩個。例如，對虛擬手術模型進行輔助操作的操作類型為多項時，每項輔助操作可對應一個腳踏開關(或增設一個用於控制操作類型切換的腳踏開關)。此外，當腳踏開關的數量相應增加時電阻的數量及控制晶片上的平信號輸入引腳的數量也相應的增加。

本實用新型實施例中，顯示設備200可以採用但不限於投影儀或顯示器，以顯示器為佳。

第二實施例

請參閱圖3，本實用新型實施例還提供了一種虛擬手術訓練系統，與第一實施例不同的是，本實用新型實施例提供的虛擬手術訓練系統還包括有圖像採集設備500，圖像採集設備500與控制主機100電性連接。圖像採集設備500用於採集模型圖像並上傳給控制主機100，控制主機100用於根據圖像採集設備500採集到的模型圖像建立虛擬手術模型。

通過設置與控制主機100電性連接的圖像採集設備500，可對人體病灶部位進行圖像採集，從而模擬出接近真實場景的虛擬手術模型。本實用新型實施例中，圖像採集設備500可以採用但不限於CT機或CBCT機等，如此，可採集到人體病灶部位的立體圖像，以便建立立體的點雲模型，模擬的手術場景更加接近真實的手術場景，虛擬手術的效果更佳。

綜上所述，本實用新型提供的虛擬手術訓練系統，用戶可通過腳踏設備400控制虛擬手術模型進行輔助調節，在整個過程中，用戶的雙手可一直操作力反饋設備300進行手術模擬操作，而不需要用手進行相應的輔助操作，使用戶能夠專心投入到手術模擬操作中，提高虛擬手術訓練系的沉浸性和訓練效果。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。