CN107195215A - 一种胸腔镜手术模拟训练箱 - Google Patents

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田丰
李小飞
周勇安
韩勇
朱以芳
谢念林
赵正维
王艳
王海强
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Abstract

本发明公开了一种胸腔镜手术模拟训练箱，包括箱体，还包括安装在箱体内的三维图像生成模块、转移节点模块、红外感应模块、中央处理器、虚拟参数作动模块、虚拟参数模块和仿真分析模块。本发明可以根据需要生成各种人体胸腔和手术器械三维模型，从而满足不同的训练的要求，同时模型构建简单，通过红外感应模块的设计，实现了对手术器械运动轨迹的采集，从而根据其运动轨迹驱动三维模型的针对性变化，通过自定义的仿真分析模块、虚拟参数模块以及虚拟参数作动模块的设计可以实现各种手术方案的仿真分析，从而为手术方案的修订提供了针对性的意见；同时也可以在手术的过程中进行各种参数的显示，并与医护人员根据数据提示进行下一步手术步骤的调整。

Description

一种胸腔镜手术模拟训练箱
技术领域
本发明涉及一种医学用具，具体涉及一种胸腔镜手术模拟训练箱。
背景技术
随着现代医学微创理念的发展，微创技术被越来越广泛的应用于各类外科手术中。胸腔镜被誉为上个世纪胸外科界的重大突破之一，是胸部微创外科的代表性手术。然而电视胸腔镜手术和常规开胸手术有很大区别，难度要大得多。他通常是在3-4个1.5cm左右的胸壁小切口下进行，医生通过观察电视中显示的腔镜视野使用特殊的手术器械完成手术。但是患者胸腔内部的影像经过腔镜采集、电视显像后，其空间感和方向感较之传统的开胸手术的裸露视野有很大的不同。医生必须经过大量的腔镜下手术训练才能准确的在临床上完成胸腔镜手术。
胸腔镜手术训练在进入临床训练之前需要进行大量的基础操作训练，该阶段常用的训练装置为腔镜模拟训练箱。传统的腔镜模拟训练箱主体是一个长方体的盒子，在盒子的顶部留有数个手术器械入口。通过这种装置模拟一个在腔镜视野下操作手术器械的环境。然而这种训练箱由于结构和功能单一，受训者无法受到最接近真实手术环境的训练；于是就出现了内设有各种模型的训练箱，但是每训练一次就需要重新做一次模型，费时费力，在训练的过程中也无法得到针对性的参数数据，从而进行手术方案的修订。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种胸腔镜手术模拟训练箱，通过三维生成模块的应用，可以根据需要生成各种人体胸腔和手术器械三维模型，从而满足不同的训练的要求，同时模型构建简单，通过红外感应模块的设计实现了对手术器械运动轨迹的采集，从而根据其运动轨迹驱动三维模型的针对性变化，通过自定义的仿真分析模块、虚拟参数模块以及虚拟参数作动模块的设计可以实现各种手术方案的仿真分析，从而为手术方案的修订提供了针对性的意见；同时也可以在手术的过程中进行各种参数的显示，并与医护人员根据数据提示进行下一步手术步骤的调整。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种胸腔镜手术模拟训练箱，包括箱体，还包括安装在箱体内的
三维图像生成模块，包括180°立体柱状环幕、高性能图形集群服务器、六组3D投影仪和素材数据库，面向六通道同步并行图像运算，涵盖各种人体胸腔和手术器械图像，并予以详细刻画；
转移节点模块，与三维图像生成模块中的各元素相连，通过改变转移节点的位置、方向设置，使三维模型产生相应的运动；
红外感应模块，包括对称设计的发射柱和接收柱，发射柱内侧均匀设置有一列万向节，每个万向节的顶部设置有一个红外线发射器，万向节的外侧设置有平光镜，平光镜外侧平行设置有若干列相互独立的透镜，每个透镜滑动设置在滑轨上，接收柱的内侧设置有一个红外CCD面板；
中央处理器，用于接收人机操作模块输入的控制命令，并将其按照预设的算法发送到指定的模块，用于接收红外感应模块发送的数据，并根据预设的算法生成对应的控制命令到三维图像生成模块和转移节点模块；
虚拟参数作动模块，用于驱动参数变化的，与三维图像生成模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在三维模型中插入的各类型的能达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的模块上；并用于根据接收的控制命令进行三维模型的分解、切割、放大和缩小
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据。
优选地，所述人机操作模块采用触摸屏，安装在箱体的外壁上。
优选地，所述发射柱和接收柱堆成安装在箱体的左右内侧壁上。
优选地，所述素材数据库连接有一数据更新模块，用于通过有线或无线的方式进行数据库内数据的更新。
优选地，所述箱体上端边缘还安装有一摄像头，用于采集整个手术的过程数据，并将采集到的数据发送到数据库进行储存。
优选地，还包括一数据共享模块，用于通过下载或无线传输的方式进行数据库和素材数据库内数据的共享。
本发明具有以下有益效果：
通过三维生成模块的应用，可以根据需要生成各种人体胸腔和手术器械三维模型，从而满足不同的训练的要求，同时模型构建简单，通过红外感应模块的设计，通过万向节改变红外线的射出方向，通过透镜组将红外线进行透射，改变红外线的光路，从而形成一个红外线光幕，并通过红外CCD面板接收，通过调整万向节和透镜的位置，可以形成不同的红外线光幕，实现了对手术器械运动轨迹的采集，从而根据其运动轨迹驱动三维模型的针对性变化，通过自定义的仿真分析模块、虚拟参数模块以及虚拟参数作动模块的设计可以实现各种手术方案的仿真分析，从而为手术方案的修订提供了针对性的意见；同时也可以在手术的过程中进行各种参数的显示，并与医护人员根据数据提示进行下一步手术步骤的调整。
附图说明
图1为本发明实施例的系统框图。
图2为本发明实施例中红外感应模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种胸腔镜手术模拟训练箱，包括箱体，箱体为立方体或椭圆形箱体，且上端开口，侧面设有若干用于手术器械进行的通孔，还包括安装在箱体内的
三维图像生成模块，包括180°立体柱状环幕、高性能图形集群服务器、六组3D投影仪和素材数据库，面向六通道同步并行图像运算，涵盖各种人体胸腔和手术器械图像，并予以详细刻画；
转移节点模块，与三维图像生成模块中的各元素相连，通过改变转移节点的位置、方向设置，使三维模型产生相应的运动；
红外感应模块，包括对称设计的发射柱2和接收柱3，发射柱2内侧均匀设置有一列万向节4，每个万向节4的顶部设置有一个红外线发射器5，万向节4的外侧设置有平光镜6，平光镜6外侧平行设置有若干列相互独立的透镜7，每个透镜7滑动设置在滑轨8上，接收柱3的内侧设置有一个红外CCD面板1；
中央处理器，用于接收人机操作模块输入的控制命令，并将其按照预设的算法发送到指定的模块，用于接收红外感应模块发送的数据，并根据预设的算法生成对应的控制命令到三维图像生成模块和转移节点模块；
虚拟参数作动模块，用于驱动参数变化的，与三维图像生成模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在三维模型中插入的各类型的能达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的模块上；并用于根据接收的控制命令进行三维模型的分解、切割、放大和缩小
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据。
所述人机操作模块采用触摸屏，安装在箱体的外壁上。
所述发射柱2和接收柱3堆成安装在箱体的左右内侧壁上。
所述素材数据库连接有一数据更新模块，用于通过有线或无线的方式进行数据库内数据的更新。
所述箱体上端边缘还安装有一摄像头，用于采集整个手术的过程数据，并将采集到的数据发送到数据库进行储存。
还包括一数据共享模块，用于通过下载或无线传输的方式进行数据库和素材数据库内数据的共享。
所述设计变量、设计目标以及设计约束与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系。所述仿真分析模块内设有Element：广义单元为仿真分析的真实对象；Property：特性为一些分析对象上静态的共用属性信息；Load：载荷为加载在这些分析载荷上外部影响因素或条件；Analysis：分析为各类具体的仿真分析方法和评估方法；Result：计算得到的数据以及基于数据处理的表格、云图、报告；Variable：设计变量是模型中可变量的标识；Target：设计目标是最终用于衡量模型的好坏或合理性的指标或指标的处理结果；Constraint：设计约束是系统在考虑优化时需要遵守的规则；OptAlgorithm：优化设计方法是各类进行优化设计的具体算法；OptResult：优化结果通过优化计算得到的设计变量的最优取值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种胸腔镜手术模拟训练箱，包括箱体，其特征在于，还包括安装在箱体内的
三维图像生成模块，包括180°立体柱状环幕、高性能图形集群服务器、六组3D投影仪和素材数据库，面向六通道同步并行图像运算，涵盖各种人体胸腔和手术器械图像，并予以详细刻画；
转移节点模块，与三维图像生成模块中的各元素相连，通过改变转移节点的位置、方向设置，使三维模型产生相应的运动；
红外感应模块，包括对称设计的发射柱(2)和接收柱(3)，发射柱(2)内侧均匀设置有一列万向节(4)，每个万向节(4)的顶部设置有一个红外线发射器(5)，万向节(4)的外侧设置有平光镜(6)，平光镜(6)外侧平行设置有若干列相互独立的透镜(7)，每个透镜(7)滑动设置在滑轨(8)上，接收柱(3)的内侧设置有一个红外CCD面板(1)；
中央处理器，用于接收人机操作模块输入的控制命令，并将其按照预设的算法发送到指定的模块，用于接收红外感应模块发送的数据，并根据预设的算法生成对应的控制命令到三维图像生成模块和转移节点模块；
虚拟参数作动模块，用于驱动参数变化的，与三维图像生成模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在三维模型中插入的各类型的能达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的模块上；并用于根据接收的控制命令进行三维模型的分解、切割、放大和缩小
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据。
2.如权利要求1所述的一种胸腔镜手术模拟训练箱，其特征在于，所述人机操作模块采用触摸屏，安装在箱体的外壁上。
3.如权利要求1所述的一种胸腔镜手术模拟训练箱，其特征在于，所述发射柱(2)和接收柱(3)堆成安装在箱体的左右内侧壁上。
4.如权利要求1所述的一种胸腔镜手术模拟训练箱，其特征在于，所述素材数据库连接有一数据更新模块，用于通过有线或无线的方式进行数据库内数据的更新。
5.如权利要求1所述的一种胸腔镜手术模拟训练箱，其特征在于，所述箱体上端边缘还安装有一摄像头，用于采集整个手术的过程数据，并将采集到的数据发送到数据库进行储存。
6.如权利要求1所述的一种胸腔镜手术模拟训练箱，其特征在于，还包括一数据共享模块，用于通过下载或无线传输的方式进行数据库和素材数据库内数据的共享。
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