CN106384554A - 一种手术训练模型及其制造方法、以及手术导航系统 - Google Patents

一种手术训练模型及其制造方法、以及手术导航系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种手术训练模型，包括骨组织模型和软组织模型，软组织模型内部为中空结构，骨组织模型固定在身体部分内部，并支撑软组织模型；一种手术训练模型的制造方法，包括以下步骤：获得人体影像数据；建立骨组织和软组织的三维模型；制作软组织模型模具图纸；打印骨组织模型；打印软组织模型模具；制作软组织模型；形成手术训练模型；一种手术导航系统，包括：手术器械，手术器械追踪器，训练模型追踪器，光学定位跟踪仪，计算机，显示器。本发明的优点和有益效果在于：避免了尸体的使用，还原了手术训练模型在质感和视觉上的真实性，避免了传统的手术训练中的C臂机的使用，并为操作人员提供了精准的信息，实现了跟踪多组手术训练小组。

Description

一种手术训练模型及其制造方法、以及手术导航系统
技术领域
本发明涉及医疗领域，特别涉及一种手术训练模型及其制造方法、以及手术导航系统。
背景技术
传统的，医生或椎间孔镜微创技术的医疗器械公司在手术教学及训练或器械推广时，多使用购买的尸体或人体模型，根据器械厂商提供的椎间孔镜医疗器械及使用方法，模拟术中操作环境，在术前影像胶片或手术室C臂机帮助下反复试探、确认，保证训练过程顺利进行。
在已公布的椎间孔镜微创技术手术训练系统中，主要问题如下：
1.直接使用真实尸体模型，但尸体资源紧缺；
2.市场上现有人体仿真模型缺少真实感；
3.椎间孔镜微创技术手术训练过程中使用C臂机，为操作者带来不必要的能量辐射。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种手术训练模型及其制造方法、以及手术导航系统。本技术方案解决了以下问题：
1.利用3D打印机制造手术训练模型，避免了尸体的使用，节省了资源；同时，还可利用3D打印机打印制作具有指定病症的手术训练模型，极大的提高了手术训练效果。
2.通过利用硅胶用于制造手术训练模型的软组织模型，还原了手术训练模型在质感上、视觉上的真实性。
3.通过计算机和手术导航软件，实时追踪手术器械和手术训练模型的位置，并形成手术训练坐标图通过显示器显示；操作人员可通过显示器，实时观察手术器械及手术训练模型的空间位置，实现对手术器械在手术训练模型内的位置的观察，为操作人员提供了精准的信息，缩短了手术时间，提高训练的精准性，并且避免了传统的手术训练中的C臂机的使用，减少了椎间孔镜等手术器械在学习过程中，由C臂机所带来的不必要的能量辐射，保护了操作者健康；
4.通过利用多组手术训练模型及显示器，实现了跟踪多组手术训练小组，提高了手术训练工作的工作效率，减少手术训练过程中设备占地面积。
本发明中的一种手术训练模型，包括骨组织模型和软组织模型，所述骨组织模型为人体骨骼的仿真结构，所述软组织模型为人体皮肤及肌肉组织的仿真结构；所述软组织模型内部为中空结构，所述骨组织模型固定在所述身体部分内部，并支撑所述软组织模型。
上述方案中，所述软组织模型由硅胶制成，所述软组织模型内部充填有发泡材料。
一种手术训练模型的制造方法，包括以下步骤：
S1：准备医学影像设备、3D打印机、建模软件以及模具设计软件；
S2：利用所述医学影像设备，获得人体影像数据；
S3：利用所述建模软件根据人体影像数据，建立骨组织和软组织的三维模型；
S4：利用所述模具设计软件根据所述软组织三维模型，制作软组织模型模具图纸；
S5：使用所述3D打印机根据所述骨组织三维模型，打印出骨组织模型；
S6：使用所述3D打印机根据所述软组织模型模具图纸，打印软组织模型模具；
S7：利用所述软组织模型模具，制作软组织模型；
S8：将所述软组织模型和所述骨组织模型组合，形成手术训练模型。
上述方案中，在所述S7中，采用硅胶通过所述软组织模型模具，制作所述软组织模型。
上述方案中，在所述S8中，在所述软组织内部填充发泡材料以充实软组织。
一种手术导航系统，包括：
手术器械，用于对手术训练模型进行手术训练；
手术器械追踪器，与所述手术器械连接，用于实时确定所述手术器械的位置；
训练模型追踪器，与手术训练模型连接，用于实时确定所述手术训练模型的位置；
光学定位跟踪仪，与所述手术器械追踪器通过光电信号连接，用于实时接收所述手术器械的位置；所述光学定位追踪仪还与所述训练模型追踪器通过光电信号连接，用于实时接收所述手术训练模型的位置；
计算机，与所述光学定位追踪仪连接，以接收所述手术器械的位置，并对所述手术器械的位置进行坐标转换，形成手术器械位图；所述计算机还通过所述光学定位追踪仪接收所述手术训练模型的位置，并对所述手术训练模型的位置进行坐标转换，形成手术训练模型位图；
显示器，与所述计算机连接，用于接收所述手术器械位图和手术训练模型位图并显示。
上述方案中，所述计算机内安装有手术导航软件系统，用于分别对所述手术器械的位置以及所述手术训练模型的位置进行坐标转换，并分别形成所述手术器械位图和手术训练模型位图；所述手术导航软件系统还将所述手术器械位图和手术训练模型位图结合，形成手术训练坐标图，并通过所述显示器显示。
上述方案中，还包括手术器械校准块和定位探针，所述定位探针固定在所述手术训练模型周边并与所述光学定位追踪仪连接，所述计算机通过手术导航软件系统将所述定位探针的位置作为所述手术训练位图的原点；
所述手术器械校准块分别与所述手术器械和定位探针连接，用于校准或确定所述手术器械与所述定位探针之间的位置关系，所述定位探针还与所述手术训练模型连接，用于校准或确定所述手术训练模型与定位探针之间的位置关系；
所述计算机通过手术导航软件系统和光学定位追踪仪，获得所述手术器械与所述定位探针之间的位置关系，以及所述手术训练模型与定位探针之间的位置关系，并结合所述手术器械位图和手术训练模型位图，形成所述手术训练坐标图，通过所述显示器显示。
上述方案中，所述手术器械、手术训练模型、手术器械追踪器、训练模型追踪器和显示器分别具有若干个，若干个所述手术器械与手术器械追踪器一一对应，若干个所述手术器械与手术训练模型一一对应，若干个所述手术训练模型与显示器一一对应，若干个所述手术训练模型与训练模型追踪器一一对应。
上述方案中，还包括固定支架，用于固定所述光学定位跟踪仪。
本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种手术训练模型及其制造方法、以及手术导航系统，避免了尸体的使用，节省了资源，提高了手术训练效果，还原了手术训练模型在质感和视觉上的真实性；为操作人员提供了精准的信息，缩短了手术时间，提高训练的精准性，并且避免了传统的手术训练中的C臂机的使用，减少了椎间孔镜等手术器械在学习过程中，由C臂机所带来的不必要的能量辐射，保护了操作者健康；实现了跟踪多组手术训练小组，提高了手术训练工作的工作效率，减少手术训练过程中设备占地面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种手术训练模型的制造方法的流程图；
图2为本发明一种手术导航系统的结构示意框图。
图中：1、手术器械 2、手术器械追踪器 3、手术训练模型
4、训练模型追踪器 5、光学定位追踪仪 6、计算机
7、显示器 8、手术器械校准块 9、定位探针
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明是一种手术训练模型，包括骨组织模型和软组织模型，骨组织模型为人体骨骼的仿真结构，软组织模型为人体皮肤及肌肉组织的仿真结构；软组织模型内部为中空结构，骨组织模型固定在身体部分内部，并支撑软组织模型。
优选的，软组织模型由硅胶制成，软组织模型内部充填有发泡材料。
一种手术训练模型的制造方法，包括以下步骤：
S1：准备医学影像设备、3D打印机、建模软件以及模具设计软件；
S2：利用医学影像设备，获得人体影像数据；
S3：利用建模软件根据人体影像数据，建立骨组织和软组织的三维模型；
S4：利用模具设计软件根据软组织三维模型，制作软组织模型模具图纸；
S5：使用3D打印机根据骨组织三维模型，打印出骨组织模型；
S6：使用3D打印机根据软组织模型模具图纸，打印软组织模型模具；
S7：利用软组织模型模具，制作软组织模型；
S8：将软组织模型和骨组织模型组合，形成手术训练模型。
优选的，在S7中，采用硅胶通过软组织模型模具，制作软组织模型。
优选的，在S8中，在软组织内部填充发泡材料以充实软组织。
一种手术导航系统，包括：
手术器械1，用于对手术训练模型3进行手术训练；
手术器械追踪器2，与手术器械1连接，用于实时确定手术器械1的位置；
训练模型追踪器4，与手术训练模型3连接，用于实时确定手术训练模型3的位置；
光学定位跟踪仪，与手术器械追踪器2通过光电信号连接，用于实时接收手术器械1的位置；光学定位追踪仪5还与训练模型追踪器4通过光电信号连接，用于实时接收手术训练模型3的位置；
计算机6，与光学定位追踪仪5连接，以接收手术器械1的位置，并对手术器械1的位置进行坐标转换，形成手术器械位图；计算机6还通过光学定位追踪仪5接收手术训练模型3的位置，并对手术训练模型3的位置进行坐标转换，形成手术训练模型位图；
显示器7，与计算机6连接，用于接收手术器械位图和手术训练模型位图并显示。
优选的，计算机6内安装有手术导航软件系统，用于分别对手术器械1的位置以及手术训练模型3的位置进行坐标转换，并分别形成手术器械位图和手术训练模型位图；手术导航软件系统还将手术器械位图和手术训练模型位图结合，形成手术训练坐标图，并通过显示器7显示。
进一步的，手术导航系统还包括手术器械校准块8和定位探针9，定位探针9固定在手术训练模型3周边并与光学定位追踪仪5连接，计算机6通过手术导航软件系统将定位探针9的位置作为手术训练位图的原点；
手术器械校准块8分别与手术器械1和定位探针9连接，用于校准或确定手术器械1与定位探针9之间的位置关系，定位探针9还与手术训练模型3连接，用于校准或确定手术训练模型3与定位探针9之间的位置关系；
计算机6通过手术导航软件系统和光学定位追踪仪5，获得手术器械1与定位探针9之间的位置关系，以及手术训练模型3与定位探针9之间的位置关系，并结合手术器械位图和手术训练模型位图，形成手术训练坐标图，通过显示器7显示。
优选的，手术器械1、手术训练模型3、手术器械追踪器2、训练模型追踪器4和显示器7分别具有若干个，若干个手术器械1与手术器械追踪器2一一对应，若干个手术器械1与手术训练模型3一一对应，若干个手术训练模型3与显示器7一一对应，若干个手术训练模型3与训练模型追踪器4一一对应。
优选的，手术导航系统还包括固定支架(图中未示出)，用于固定光学定位跟踪仪。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手术训练模型，其特征在于，包括骨组织模型和软组织模型，所述骨组织模型为人体骨骼的仿真结构，所述软组织模型为人体皮肤及肌肉组织的仿真结构；所述软组织模型内部为中空结构，所述骨组织模型固定在所述身体部分内部，并支撑所述软组织模型。
2.根据权利要求1所述的一种手术训练模型，其特征在于，所述软组织模型由硅胶制成，所述软组织模型内部充填有发泡材料。
3.一种手术训练模型的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备医学影像设备、3D打印机、建模软件以及模具设计软件；
S2：利用所述医学影像设备，获得人体影像数据；
S3：利用所述建模软件根据人体影像数据，建立骨组织和软组织的三维模型；
S4：利用所述模具设计软件根据所述软组织三维模型，制作软组织模型模具图纸；
S5：使用所述3D打印机根据所述骨组织三维模型，打印出骨组织模型；
S6：使用所述3D打印机根据所述软组织模型模具图纸，打印软组织模型模具；
S7：利用所述软组织模型模具，制作软组织模型；
S8：将所述软组织模型和所述骨组织模型组合，形成手术训练模型。
4.根据权利要求3所述的一种手术训练模型的制造方法，其特征在于，在所述S7中，采用硅胶通过所述软组织模型模具，制作所述软组织模型。
5.根据权利要求3所述的一种手术训练模型的制造方法，其特征在于，在所述S8中，在所述软组织内部填充发泡材料以充实软组织。
6.一种手术导航系统，其特征在于，包括：
手术器械，用于对手术训练模型进行手术训练；
手术器械追踪器，与所述手术器械连接，用于实时确定所述手术器械的位置；
训练模型追踪器，与手术训练模型连接，用于实时确定所述手术训练模型的位置；
光学定位跟踪仪，与所述手术器械追踪器通过光电信号连接，用于实时接收所述手术器械的位置；所述光学定位追踪仪还与所述训练模型追踪器通过光电信号连接，用于实时接收所述手术训练模型的位置；
计算机，与所述光学定位追踪仪连接，以接收所述手术器械的位置，并对所述手术器械的位置进行坐标转换，形成手术器械位图；所述计算机还通过所述光学定位追踪仪接收所述手术训练模型的位置，并对所述手术训练模型的位置进行坐标转换，形成手术训练模型位图；
显示器，与所述计算机连接，用于接收所述手术器械位图和手术训练模型位图并显示。
7.根据权利要求6所述的一种手术导航系统，其特征在于，所述计算机内安装有手术导航软件系统，用于分别对所述手术器械的位置以及所述手术训练模型的位置进行坐标转换，并分别形成所述手术器械位图和手术训练模型位图；所述手术导航软件系统还将所述手术器械位图和手术训练模型位图结合，形成手术训练坐标图，并通过所述显示器显示。
8.根据权利要求7所述的一种手术导航系统，其特征在于，还包括手术器械校准块和定位探针，所述定位探针固定在所述手术训练模型周边并与所述光学定位追踪仪连接，所述计算机通过手术导航软件系统将所述定位探针的位置作为所述手术训练位图的原点；
所述手术器械校准块分别与所述手术器械和定位探针连接，用于校准或确定所述手术器械与所述定位探针之间的位置关系，所述定位探针还与所述手术训练模型连接，用于校准或确定所述手术训练模型与定位探针之间的位置关系；
所述计算机通过手术导航软件系统和光学定位追踪仪，获得所述手术器械与所述定位探针之间的位置关系，以及所述手术训练模型与定位探针之间的位置关系，并结合所述手术器械位图和手术训练模型位图，形成所述手术训练坐标图，通过所述显示器显示。
9.根据权利要求6所述的一种手术导航系统，其特征在于，所述手术器械、手术训练模型、手术器械追踪器、训练模型追踪器和显示器分别具有若干个，若干个所述手术器械与手术器械追踪器一一对应，若干个所述手术器械与手术训练模型一一对应，若干个所述手术训练模型与显示器一一对应，若干个所述手术训练模型与训练模型追踪器一一对应。
10.根据权利要求6所述的一种手术导航系统，其特征在于，还包括固定支架，用于固定所述光学定位跟踪仪。
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