CN105206153A - 全息投影喷气式真感模拟手术系统 - Google Patents

Abstract

一种全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统包括工作平台、平台支撑箱、底座、接口；所述工作平台包括全息投影灯阵列、喷气孔阵列、压力传感器阵列、进气孔、喷气控制箱；所述平台支撑箱包括外围支撑臂和内置控制电子元件组；所述接口包括数据接口及电源接口；系统工作时，接通电源与数据连接，控制电子元件组接收三维模型数据，喷气控制箱控制各个喷气孔喷气能量大小，形成一个定量空气模型，同时全息投影灯阵列在上述空气模型上进行立体全息投影，得到一真感手术目标；所述压力传感器与喷气孔一一对应，手术时下刀等动作通过压力传感器阵列反馈给系统，系统分析后时时更改喷气能量与全息投影图像，由此获得真实手术一样的感官效果。

Description

全息投影喷气式真感模拟手术系统

技术领域

本发明属于精密医疗仪器技术领域，涉及一种模拟手术系统，特别涉及一种全息投影喷气式真感模拟手术系统。

背景技术

医疗事业与人们的生活息息相关，而且几乎所有人在一生当中或多或少的会进行各种各样的手术治疗，众多由于手术经验少而造成手术水平不高的医生，不仅造成了很多无法挽回的人为失误，更是促使了现在公共医疗发展不平衡：一些医院床位紧张，一些医院无人问津的现象发生。手术经验是制约一名医生手术水平高低的关键因素，一名医生在学习时只能通过人体模型了解基本的内部结构，通过解剖法律允许医学院使用的尸体来熟悉临床手术流程，这种学习方法只能使学员了解理论知识及基础的切、缝等技能，无法加强学员针对真人的临床手术经验，特别是针对不同病例的不同手术；学员毕业成为医生后，工作时间越久，临床手术做的数量越多，医生的手术水平就会越高，这只能靠时间及大量病人的积累才能获得，然而现在大多数病人都不倾向于选择没有临床手术经验或经验少的医生，从而使得临床手术经验少的医生做手术的机会越来越少，临床手术经验丰富的医生手术越来越多，甚至于病人过多安排不开，造成一些病人病情的延误如此恶性循环。随着问题的日趋明显，一些相关手术练习的方法相继出现，有的方法是用特殊材料制作手术模型，如“腹部切开训练模拟装置”（申请号2011203438），此种放法可以反复练习腹部切开及肠管相关手术流程，但是只能针对腹部进行手术练习，而且手术目标无变化，只能增加医生切、缝等技巧的熟练程度，对于实际手术的多样性判断联系毫无帮助；还有的方法是采用液晶屏显示手术目标进行模拟手术练习，如“虚拟手术操作装置”（申请号201120543924），此种方法医生需要通过屏幕观察模拟情景，手握操作杆模拟拿手术刀等工具手术时的情景，但是观看屏幕中的二维图像无法与现实手术中的真实三维立体视觉相比，手握操作杆也与真实手术时手握手术刀

等真实手术器材感觉不同，无法做到真正的模拟临床手术实验，作用更倾向于了解不同类型手术的操作流程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种与真实临床手术几近一样的全息投影喷气式真感模拟手术系统。

为了解决上述技术问题，本发明的全息投影喷气式真感模拟手术系统主要包括工作平台、平台支撑箱、底座、接口；所述工作平台包括全息投影灯阵列、喷气孔阵列、压力传感器阵列、进气孔、喷气控制箱；所述平台支撑箱包括外围支撑臂和控制电子元件组，平台支撑箱为中空设计，其中外围支撑臂起到支撑工作平台的作用，内部中空部分安放控制电子元件组，减小了系统体积；所述接口包括数据接口及电源接口，两接口区域设有保护盖，系统工作时打开保护盖连接数据线与电源线，放置时关闭保护盖保护接口；系统工作时，电源接口通过电源线连接外接电源，为系统提供能源，数据接口与电脑连接，接收电脑中模拟的待手术个体的三维模型数据（此三维模型可以是三维制图软件制作的包括病变位置特征的装配图样，也可以是各种扫描系统生成的扫描图像或集合），系统中的控制电子元件组分析所接收到的三维模型数据，通过喷气控制箱控制喷气孔阵列的各个喷气孔点喷气能量大小，从而形成一个与三维模型尺寸相同的空气模型，而且此空气模型在模拟手术进行时由于喷气能量的存在反馈给人的感觉等同于真实手术时人体的力度反馈，同时全息投影灯阵列在上述空气模型上进行立体全息投影，由此得到与通过电脑导入的三维模型相同的肉眼可见的触之可及的超真实感觉的手术目标；所述喷气孔阵列设计成同时集成与喷气孔一一对应的压力传感器阵列，模拟手术进行时，例如手术刀下刀等动作通过压力传感器阵列反馈给系统的控置电子元件组，控制电子元件组进行分析运算后，通过喷气控制箱时时更新相应喷气孔的喷气能量大小，同时通过控制全息投影灯阵列时时更新全息投影的立体图像，由此达到与真实个体手术一样的感官效果。

本发明系统实用性强、应用范围广：首先可以通过三维制图软件或设备扫描详细完整的模拟近乎真实的完整人体模型，同时可以针对不同病例的不同病变部位进行特殊建模，即可以使医学院学员进行各种类型的真实临床手术练习，也可以使医院医生进行各种针对性的专业手术练习，增加临床手术经验；其次针对一些特殊病人或成功率较低的复杂手术，该系统可以针对患者进行针对性建模，医生通过该发明系统提前进行手术预演，可以提前发现真实手术时的疑点难点，熟练手术流程及注意事项，大大增加针对病人的真实手术的成功率，减少医疗事故的发生；此外，该发明系统不仅仅可以针对人体进行建模、扫描，同时可以对其他物体进行建模、扫描模拟，例如学校的动物解剖课程无需杀死众多实验对象，只需对其一进行模拟建模，即可通过该系统进行模拟解剖实验练习。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明实施例1结构示意图；

图2是本发明实施例1平台局部示意图

图3是本发明实施例2结构示意图；

图4是本发明实施例2平台局部示意图；

图5是本发明实施例2局部俯视图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明的全息投影喷气式真感模拟手术台主要包括工作平台（1）、平台支撑箱（2）、底座（3）、接口（4）；所述工作平台包括全息投影灯阵列（1-1）、喷气孔阵列（1-2）、压力传感器阵列（1-3）、进气孔（1-4）、喷气控制箱（1-5），其中全息投影灯阵列（1-1）位于工作平台（1）内侧壁（如图2）；所述平台支撑箱（2）包括外围支撑臂（2-1）和控制电子元件组（2-2），平台支撑箱为中空设计，其中外围支撑臂（2-1）起到支撑工作平台（1）的作用，内部中空部分安放控制电子元件组（2-1），减小了系统体积；所述接口（4）位于底座（3）之上，包括数据接口（4-1）及电源接口（4-2），两接口区域设有保护盖，系统工作时打开保护盖连接数据线与电源线，放置时关闭保护盖保护接口；系统工作时，电源接口（4-2）通过电源线连接外接电源，为系统提供能源，数据接口（4-1）与电脑连接，接收电脑中模拟的待手术个体的三维模型数据（此三维模型可以是三维制图软件制作的包括病变位置特征的装配图样，也可以是各种扫描系统生成的扫描图像或集合），系统中的控制电子元件组（2-2）分析所接收到的三维模型数据，通过喷气控制箱（1-5）控制喷气孔阵列（1-2）的各个喷气孔点喷气能量大小，从而形成一个与三维模型尺寸相同的空气模型，而且此空气模型在模拟手术进行时由于喷气能量的存在反馈给人的感觉等同于真实手术时人体的力度反馈，同时全息投影灯阵列（1-1）在上述空气模型上进行立体全息投影，由此得到与通过电脑导入的三维模型相同的肉眼可见的触之可及的超真实感觉的手术目标；所述喷气孔阵列（1-2）设计成同时集成与喷气孔一一对应的压力传感器阵列（1-3），模拟手术进行时，例如手术刀下刀等动作通过压力传感器阵列（1-3）反馈给系统的控置电子元件组（2-2），控制电子元件组（2-2）进行分析运算后，通过喷气控制箱（1-5）时时更改相应喷气孔的喷气能量大小，同时通过控制全息投影灯阵列（1-1）时时改变全息投影的立体图像，由此达到与真实个体手术一样的感官效果。

实施例2

如图3所示，本发明的全息投影喷气式真感模拟手术台主要包括工作平台（1）、平台支撑箱（2）、底座（3）、接口（4）；所述工作平台包括全息投影灯阵列（1-1）、喷气孔阵列（1-2）、压力传感器阵列（1-3）、进气孔（1-4）、喷气控制箱（1-5），其中全息投影灯阵列（1-1）与喷气孔阵列（1-2）均位于工作平台（1）上表面（如图4），且交叉均匀排布；所述平台支撑箱（2）包括外围支撑臂（2-1）和控制电子元件组（2-2），平台支撑箱为中空设计，其中外围支撑臂（2-1）起到支撑工作平台（1）的作用，内部中空部分安放控制电子元件组（2-1），减小了系统体积；所述接口（4）位于工作平台（1）上，包括数据接口（4-1）及电源接口（4-2），两接口区域设有保护盖，系统工作时打开保护盖连接数据线与电源线，放置时关闭保护盖保护接口；系统工作时，电源接口（4-2）通过电源线连接外接电源，为系统提供能源，数据接口（4-1）与电脑连接，接收电脑中模拟的待手术个体的三维模型数据（此三维模型可以是三维制图软件制作的包括病变位置特征的装配图样，也可以是各种扫描系统生成的扫描图像或集合），系统中的控制电子元件组（2-2）分析所接收到的三维模型数据，通过喷气控制箱（1-5）控制喷气孔阵列（1-2）的各个喷气孔点喷气能量大小，从而形成一个与三维模型尺寸相同的空气模型，而且此空气模型在模拟手术进行时由于喷气能量的存在反馈给人的感觉等同于真实手术时人体的力度反馈，同时全息投影灯阵列（1-1）在上述空气模型上进行立体全息投影，由此得到与通过电脑导入的三维模型相同的肉眼可见的触之可及的超真实感觉的手术目标；所述喷气孔阵列（1-2）设计成同时集成与喷气孔一一对应的压力传感器阵列（1-3），模拟手术进行时，例如手术刀下刀等动作会使得压力传感器的力学感知产生不同于设备输出的数值，此变化经由电路反馈给系统的控置电子元件组（2-2），控制电子元件组（2-2）进行分析运算后，通过喷气控制箱（1-5）时时更改相应喷气孔的喷气能量大小，同时通过控制全息投影灯阵列（1-1）时时改变全息投影的立体图像，产生切开、缝合、移除、修补等一系列感官变化，由此达到与真实个体手术一样的感官效果。

本发明为一种全息投影喷气式真感模拟手术系统，能够真实的模拟不同类型病例不同病变程度的临床手术，也针对个体病患进行针对性的模拟手术预演，甚至于替代各种解剖研究实验，可以有效解决很多医生临床手术经验不足的问题。

本发明不限于上述实施方式，应当理解的是，凡是在本发明权利要求技术方案基础上作出的任何简单变形，都在本发明意图保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统主要包括工作平台（1）、平台支撑箱（2）、底座（3）、接口（4）；所述工作平台包括全息投影灯阵列（1-1）、喷气孔阵列（1-2）、压力传感器阵列（1-3）、进气孔（1-4）、喷气控制箱（1-5）；所述平台支撑箱（2）包括外围支撑臂（2-1）和控制电子元件组（2-2），平台支撑箱为中空设计，其中外围支撑臂（2-1）起到支撑工作平台（1）的作用，内部中空部分安放控制电子元件组（2-1），减小了系统体积；所述接口（4）包括数据接口（4-1）及电源接口（4-2），两接口区域设有保护盖，系统工作时打开保护盖连接数据线与电源线，放置时关闭保护盖保护接口；系统工作时，电源接口（4-2）通过电源线连接外接电源，为系统提供能源，数据接口（4-1）与电脑连接，接收电脑中模拟的待手术个体的三维模型数据（此三维模型可以是三维制图软件制作的包括病变位置特征的装配图样，也可以是各种扫描系统生成的扫描图像或集合），系统中的控制电子元件组（2-2）分析所接收到的三维模型数据，通过喷气控制箱（1-5）控制喷气孔阵列（1-2）的各个喷气孔点喷气能量大小，从而形成一个与三维模型尺寸相同的空气模型，而且此空气模型在模拟手术进行时由于喷气能量的存在反馈给人的感觉等同于真实手术时人体的力度反馈，同时全息投影灯阵列（1-1）在上述空气模型上进行立体全息投影，由此得到与通过电脑导入的三维模型相同的肉眼可见的触之可及的超真实感觉的手术目标；所述喷气孔阵列（1-2）设计成同时集成与喷气孔一一对应的压力传感器阵列（1-3），模拟手术进行时，例如手术刀下刀等动作通过压力传感器阵列（1-3）反馈给系统的控置电子元件组（2-2），控制电子元件组（2-2）进行分析运算后，通过喷气控制箱（1-5）时时更改相应喷气孔的喷气能量大小，同时通过控制全息投影灯阵列（1-1）时时改变全息投影的立体图像，由此达到与真实个体手术一样的感官效果。

2.根据权利要求1所述的全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统喷气控制箱（1-5）可调节进气孔（1-4）的进气量及喷气量，并可以对喷气孔阵列（1-2）的各个喷气孔进行针对性的独立喷气量调节，从而使得空气模型可以在不同高度拥有不同形态。

3.根据权利要求1所述的全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统全息投影灯阵列（1-1）的全息投影与喷气孔阵列（1-2）产生的空气模型相重合。

4.根据权利要求1所述的全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统控制电子元件组（2-2）在平台支撑箱（2）内部，大大减小了系统体积。

5.根据权利要求1所述的全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统生成的真感手术模型是由三维软件装配建模或扫描仪器扫描建模得来，可塑性强。

6.根据权利要求1所述的全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统该系统压力传感器阵列（1-3）与喷气孔阵列（1-2）一一对应，便于手术模型的时时调节。

7.根据权利要求1所述的全息投影喷气式真感模拟手术系统，其特征在于该系统喷气孔阵列（1-2）的喷气能量大小与真实临床手术时人体的反作用力相符，使得模拟手术更加真实。