CN201156345Y - 内窥镜微创手术仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及计算机仿真技术，为一种内窥镜微创手术仿真系统。包括手术器械模拟器、空间定位传感器、数据采集及发送通信硬件、数据处理中心服务器，显示装置；空间定位传感器固定于手术器械模拟器上，手术器械模拟器的空间位移经空间定位传感器转换成电信号，经过数据采集及发送通信硬件处理后发送至数据处理中心服务器，数据处理中心服务器对数据处理后产生三维仿真图像送至显示装置显示。它克服了现有技术内窥镜手术训练不够真实，训练效果不理想的缺陷，具有训练逼真、功能多样、成本低廉等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及计算机仿真技术，为一种内窥镜微创手术仿真系统。
背景技术
现有的内窥镜手术训练，主要以模拟操作箱为主，操作箱就是模拟人体腔体，操作箱里面放置一些黄豆、线、小球等物品来虚拟人体内部。使用真实的器械在操作箱内进行练习各种基本手法或者是手术片断。这样的训练方法，没有直观呈现出人体腔体内部实际构造。对于基本手法甚至会误导，部分的微创伤手术器械也不能进行练习。临床真实的微创伤手术还会有许多未知因素，也不能在模拟操作箱内表现出来。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于内窥镜手术训练的内窥镜微创手术仿真系统。
本实用新型所采用的技术方案是：内窥镜微创手术仿真系统包括手术器械模拟器、空间定位传感器、数据采集及发送通信硬件、数据处理中心服务器，显示装置；空间定位传感器固定于手术器械模拟器上，手术器械模拟器的空间位移经空间定位传感器转换成电信号，经过数据采集及发送通信硬件处理后发送至数据处理中心服务器，数据处理中心服务器对数据处理后产生三维仿真图像送至显示装置显示。
本实用新型的积极效果是：本技术可以产生范围广阔和附件多样化以及成像逼真的工作环境，在视觉和感觉上都与在真实的患者身上操作一样，以至于难以分辨出两者的区别。此外，本系统还具有以下优点；
1、成本低，可重复使用；
2、由于采用模块化，所以维护简单快捷方便；
3、可应用于多系列微创伤手术的模拟训练；
4、避免用人体练习手术，保护人体内器官免受损伤；
5、多层面清楚呈现各脏器；
6、使用真实的穿刺针和工具；
7、不同组织层穿刺时的触感；
8、多种参数指导外科手术顺利完成；
9、实时的评估操作者的练习水平能力；
10、解剖变化与不同的临床状况。
附图说明
图1是本实用新型的硬件结构图，
图2是本实用新型的软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，内窥镜微创手术仿真系统包括手术器械模拟器1、空间定位传感器2、数据采集及发送通信硬件3、数据处理中心服务器4、显示装置5；空间定位传感器2固定于手术器械模拟器1上，手术器械模拟器1的空间位移经空间定位传感器2转换成电信号，经过数据采集及发送通信硬件3处理后发送至数据处理中心服务器4，数据处理中心服务器4对数据处理后产生三维仿真图像送至显示装置5显示。
该系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分详述如下：
1.手术器械模拟仪器：
模拟系统要感知手术操作者的意图，必要测量每个手术器械的当前的状态。例如：各种各样手术器械的单一性识别序列号，手术剪刀的张开和闭合，气腹机的压力等等。这些系统任何一个状态都处于计算机的“监视”之下。
2.6自由度的空间定位和精确测量：
手术器械的精确定位需要6个自由度方面的空间变量参数，水平位移-X，垂直位移-Y，高度位移-Z，绕X轴的角度——θx，绕X轴的角度——θy，绕X轴的角度——θz。每个自由度都专门设计的独立通道的空间定位传感器，这些传感器不但能精确测量位移的空间变量参数，也能够精确计算空间位移的加速度，从而真实再现操作者的意图。高精度的位移传感器，能够方便出1mm的空间变量和0.10的角度变换，且具有良好的重复性。
3.数据的传输：
通过6自由度空间定位系统准确测量模拟仪器的空间位置和移动加速度，并将这些数字(手术操作者的动作意图)通过RS485数据通讯总线上传到服务器计算机，服务器计算机接收到数据后，一方面将数据还原成操作者的操作意图，另外一方面根据操作者的意图，调用微创手术的数据库和3D仿真软件。通过计算机生成一个完全互动的病人环境和病情，通过电脑软件与空间定位装置的完美结合，创造出当今世界先进的集视觉、听觉为一体的医学虚拟系统。
4、数据处理中心服务器
数据处理中心服务器内贮存了各种病例模拟数据，将这些数据与输入数据进行综合处理后就可以产生各种内窥镜手术的三维图像。
5、显示装置
数据处理中心服务器产生的实时手术仿真图像通过显示装置显示，情景逼真，与真实手术难以区别。
硬件部分有如下特点：
仿真度极高的手术器械模拟仪器，高测量精确的6自由度空间定位仪，高灵敏度的传感器，稳定的数据采集电路，高保真远距离信号传输的RS485数据通讯总线等。通过总线模式将各部分连接起来，总线模式的好处有响应速度快，数据容量大，各部分电路模块稳定结合多种优点。
手术模拟器械使用耐磨树脂制作，可以延长使用寿命以及有类似真实器械的重量和手感，对于电路绝缘以及电子信号的有效屏蔽也是一个重要的考虑。高精度6自由度空间定位仪使用合金铸造，具有耐磨，定位准确，不容易产生物理抖动，不会对手术模拟器械的真实操作造成误动作。传感器使用拉绳式位移结构，该结构传感器把振荡器差动变压器和相敏解调器封装在不锈钢材料制成的壳体内，具有良好的抗振动和抗冲击性能，最高防护等级IP68，精度0.01％，所测位移的运动速度最高达20m/s，具有简便，坚固，紧凑等突出特点，经精确标定好的测量钢丝，测量钢丝绕线箍，测量轴，发条传动装置，角度传感元件以及可选择的电子元件。采集电路采用响应速度快，输入电平低，热量小的BiCMOS低压低功耗大规模数字集成电路为核心，外围电路简单，集成度高，引线短，抗干扰能力强的优点。与软件之间的通信接口使用RS-485接口模式，数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好，最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，更重要的是RS-485接口在总线上允许连接多达128个收发器。即具有多站能力，这样可以利用单一的RS-485接口方便地建立起多个手术模拟器械设备，降低硬件成本。
软件部分由软件接收数据模块、分析处理数据的模块、模拟病例的基本模块、数据综合处理模块、图形加速引擎模块、图形显示模块等组成。通过这一系列的硬件以及软件模块组，将模拟病例于手术动作相结合生成三维图像。其中，软件接收数据模块所接收的手术器械模拟器的动作信息传递至数据分析处理模块，数据分析处理模块与病例模拟模块的输出共同送至数据综合处理模块，合成模拟手术的过程，再经图形加速引擎模块送至图形显示模块显示。
软件部分是和医学专家合作，创造虚拟的病例和病史，实验室诊断结果和成像效果，全部基于真实的医学数据。
软件的基本工作过程如下：
1.系统初始化并系统自检，等待选择操作内容。
2.选择好内容后，系统再次对操作项目初始化，完成初始状态，生成初始状态3D成像。
3.固定间隔时间，向硬件发送请求数据指令，获取当前硬件状态数据组。
4.通过硬件状态数据组，比较正常数据得出操作结果，得到硬件移位是否合理。
5.通过硬件状态数据组以及操作结果，利用3D仿真技术实时成像。即时把操作者意图及操作结果反映到监视器。
6.完成操作项目，根据操作者的操作准确性、科学性进行模糊评估，自动智能计算成绩。
7.结束，系统复位等待选择操作内容。
Claims (1)
1、内窥镜微创手术仿真系统，包括手术器械模拟器[1]、空间定位传感器[2]、数据采集及发送通信硬件[3]、数据处理中心服务器[4]，显示装置[5]，其特征在于：空间定位传感器[2]固定于手术器械模拟器[1]上，手术器械模拟器[1]的空间位移经空间定位传感器[2]转换成电信号，经过数据采集及发送通信硬件[3]处理后发送至数据处理中心服务器[4]，数据处理中心服务器[4]对数据处理后产生三维仿真图像送至显示装置[5]显示。
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102362302A (zh) * | 2009-03-20 | 2012-02-22 | 约翰斯·霍普金斯大学 | 用于量化技能的方法及系统 |
| CN102622935A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-08-01 | 傅强 | 一种微创手术仿真装置 |
| CN103473976A (zh) * | 2013-08-16 | 2013-12-25 | 浙江工业大学 | 脑外科手术模拟训练系统的数据采集装置 |
| CN104246855A (zh) * | 2009-06-29 | 2014-12-24 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 肿瘤消融培训系统 |
| CN104424838A (zh) * | 2013-08-26 | 2015-03-18 | 王尧 | 宫腔镜手术模拟器 |
| CN105378819A (zh) * | 2013-06-07 | 2016-03-02 | 外科科学瑞典有限公司 | 用于手术模拟系统的用户接口 |
| CN106371374A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-02-01 | 福州幻科机电科技有限公司 | 一种微创内窥镜四自由度定位机的智能控制电路系统 |
| CN106448403A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-02-22 | 四川大学华西医院 | 一种用于模拟胸腔镜手术的训练器 |
| CN107993506A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-04 | 程远雄 | 一种力反馈内窥镜检虚拟训练系统 |
| CN111028645A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-04-17 | 广州医科大学附属顺德医院（佛山市顺德区乐从医院） | 一种提高超声穿刺精准度训练的装置 |
| CN111419157A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-17 | 胡三元 | 防眩晕3d内窥镜、基于内窥镜的影像控制系统及控制方法 |
| CN115281584A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-11-04 | 中国科学院自动化研究所 | 柔性内窥镜机器人控制系统及柔性内窥镜机器人模拟方法 |
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2008
- 2008-01-10 CN CNU200820030701XU patent/CN201156345Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102362302A (zh) * | 2009-03-20 | 2012-02-22 | 约翰斯·霍普金斯大学 | 用于量化技能的方法及系统 |
| US10008129B2 (en) | 2009-03-20 | 2018-06-26 | The Johns Hopkins University | Systems for quantifying clinical skill |
| US9691290B2 (en) | 2009-03-20 | 2017-06-27 | The Johns Hopkins University | Systems for quantifying clinical skill |
| CN104246855B (zh) * | 2009-06-29 | 2017-08-15 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 肿瘤消融培训系统 |
| CN104246855A (zh) * | 2009-06-29 | 2014-12-24 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 肿瘤消融培训系统 |
| US11562665B2 (en) | 2009-06-29 | 2023-01-24 | Koninklijke Philips N.V. | Tumor ablation training system |
| CN102622935A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-08-01 | 傅强 | 一种微创手术仿真装置 |
| CN102622935B (zh) * | 2011-12-02 | 2014-04-16 | 傅强 | 一种微创手术仿真装置 |
| CN105378819A (zh) * | 2013-06-07 | 2016-03-02 | 外科科学瑞典有限公司 | 用于手术模拟系统的用户接口 |
| CN103473976A (zh) * | 2013-08-16 | 2013-12-25 | 浙江工业大学 | 脑外科手术模拟训练系统的数据采集装置 |
| CN104424838A (zh) * | 2013-08-26 | 2015-03-18 | 王尧 | 宫腔镜手术模拟器 |
| CN107993506A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-04 | 程远雄 | 一种力反馈内窥镜检虚拟训练系统 |
| CN106371374A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-02-01 | 福州幻科机电科技有限公司 | 一种微创内窥镜四自由度定位机的智能控制电路系统 |
| CN106448403A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-02-22 | 四川大学华西医院 | 一种用于模拟胸腔镜手术的训练器 |
| CN106448403B (zh) * | 2016-12-14 | 2019-11-19 | 四川大学华西医院 | 一种用于模拟胸腔镜手术的训练器 |
| CN111028645A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-04-17 | 广州医科大学附属顺德医院（佛山市顺德区乐从医院） | 一种提高超声穿刺精准度训练的装置 |
| CN111419157A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-17 | 胡三元 | 防眩晕3d内窥镜、基于内窥镜的影像控制系统及控制方法 |
| CN111419157B (zh) * | 2020-04-20 | 2023-07-18 | 胡三元 | 一种基于内窥镜的影像控制系统 |
| CN115281584A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-11-04 | 中国科学院自动化研究所 | 柔性内窥镜机器人控制系统及柔性内窥镜机器人模拟方法 |
| CN115281584B (zh) * | 2022-06-30 | 2023-08-15 | 中国科学院自动化研究所 | 柔性内窥镜机器人控制系统及柔性内窥镜机器人模拟方法 |
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