CN110610632A - 血管介入手术虚拟体内导航系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统，包括：人体颈部以下主要血管模型、导丝表面识别单元、支撑模块、导丝轨迹固定管、力反馈模块、电源模块、控制单元、计算机、步进电机驱动器和VR设备。本发明能够模拟医师在真实手术中的手感，使用VR设备加强训练过程中的沉浸感，可以直观展示术中各项参数，能够提高医师手术熟练度和手术技能。

Description

血管介入手术虚拟体内导航系统
技术领域
本发明涉及一种虚拟体内导航系统，更加具体地，涉及一种具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统。
背景技术
微创治疗是一种体贴病人、无需开刀并且普遍应用于临床中的一项主要的技术。其中的血管介入手术就是一种在医学影像设备的引导下，将特制的导丝等精密器械引入人体，对病发部位进行诊断和治疗的重要方法。但该方法严格要求医师的手术技能与熟练程度，手术技术不成熟的医师无法正确预判器械在人体内的状态与位置，而手术中多次使用放射性射线进行辅助则会对医生的身体造成重大影响，现有的医疗环境亦无法让经验不足的医师得到足够的手术训练，建立一种模拟体内导航的手术训练系统迫在眉睫。
现有技术中，使用机械臂模拟导丝的方法虽然可以实时获得相应的力反馈，但是该方法无法真正锻炼医师的手感；使用齿轮、定位球等机械的方式存在磨损严重，测量不精确等问题；使用激光鼠标位移传感器的方法虽然可以得到导丝的运动数据，但由于传感器内置算法与应用领域契合度不高，受导丝表面材质影响严重；现有的脑血管模拟装置亦缺乏能够模拟整个手术过程的功能，即缺乏能够使训练者真实感受到导丝在颈部以下和颈部以上介入时，其介入长度能够实时改变的一体式训练系统。
发明内容
本发明的目的：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统，该系统可以实时监测导丝的运动状态，可以适时模拟出恰当的阻力反馈，能够向使用者实时显示手术中的环境情况和具体参数。
本发明的技术方案：
本发明提出一种具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统，包括：人体颈部以下主要血管模型、导丝表面识别单元、支撑模块、导丝轨迹固定管、力反馈模块、电源模块、控制单元、计算机、步进电机驱动器和VR设备。
所述的人体颈部以下主要血管模型用于增强训练者的训练真实感，在介入手术中患者颈部以下的血管基本相同，可以真实模拟出导丝长度发生的变化。
所述的导丝表面识别单元用于观察导丝表面，对导丝的前进、后退和旋转位移进行实时捕捉，并将数据传送给计算机进行处理。
所述的支撑模块作为导丝运动轨道，对运动的导丝进行简单的支撑。
所述的导丝轨迹固定管用于在导丝表面识别单元附近对导丝的轨迹限制，使之不偏离识别区域。
所述的力反馈模块可以对导丝施加不同等级的阻力。
所述的电源模块可以将220V交流电压进行转换，以驱动力反馈模块中的步进电机。
所述的计算机用于分析数据，将所得结果发送给控制单元，并且向VR设备传送内容。
所述的控制单元用于接收计算机的发送结果，识别计算机发送的阻力施加等级的信息，将步进电机驱动器可以识别的脉冲信号和方向信号发送出去。
所述的步进电机驱动器用于接收控制单元传递的信号，驱动步进电机。
所述的VR设备用于实时显示手术中的环境情况和具体参数。
优选地，导丝表面识别单元采用对导丝无阻力并且精准的方式进行测量，使用电子显微镜模块进行识别，用于将导丝表面的画面实时传送给计算机。
具体地，所述的力反馈模块使用步进电机、滑块、弹簧、丝杠和缓冲块完成功能。
本发明的有益效果：
1)模拟医师在真实手术中的手感，能够适时给出恰当的阻力反馈效果，提高医师手术熟练度和手术技能。
2)使用VR设备更加加强了训练过程中的沉浸感，各项参数能够更加直观的展现在训练者面前。
3)本发明大大提高了模拟的精确度，降低了监测过程中导丝受到的阻力。
4)本发明较现有装置更加真实，对导丝运动的整个过程进行了模拟。
附图说明
图1为本发明的系统框图
图2为导丝表面识别单元结构示意图
图3为力反馈模块结构示意图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
血管介入手术虚拟导航系统包括：导丝1，导丝表面识别单元2，支撑模块3，导丝轨迹固定管4，力反馈模块5，电源模块6，控制单元7，计算机8，步进电机驱动器9，VR设备10，人体颈部以下主要血管模型11和导丝表面识别单元12。导丝表面识别单元2包括电子显微镜201和支架202，导丝表面识别单元12包括电子显微镜1201和支架1202，力反馈模块5包括步进电机501，滑块502，弹簧503、缓冲块504和丝杠505。
当开始使用虚拟导航系统进行训练时，操作者用手对导丝1进行推进、后拽和旋转的操作，当导丝1在颈部以下运动时，人体颈部以下主要血管模型11对导丝1直接进行阻力的模拟，导丝表面识别单元2中的电子显微镜201对导丝1表面的画面进行实时捕捉，将所获得的数据发送给计算机8，计算机8对接收到的数据进行分析，并将手术中的环境情况与具体参数发送至VR设备10，操作者戴上VR设备10就可以看到模拟出的手术场景。
当导丝1在颈部以上运动时，导丝表面识别单元12中的电子显微镜1201对导丝1表面的画面进行实时捕捉，将所获得的数据发送给计算机8，计算机8对接收到的数据进行分析，并将手术中的环境情况与具体参数发送至VR设备10，操作者戴上VR设备10就可以看到模拟出的手术场景。
当计算机8分析得出导丝1前进会受到阻力时，计算机8将向控制单元7发出信号，控制单元7接收到信号之后进行识别，得到应施加的阻力等级信息，向步进电机驱动器9发送脉冲和方向的信号，控制步进电机501的转动，带动滑块502在丝杠505上向弹簧503和缓冲块504移动，弹簧503固定在缓冲块504的后面。计算机8发出的施力等级信号不同，滑块502的位移不同，因此挤压导丝1时，可以感受到的阻力不同。
本发明能够模拟医师在真实手术中的手感，可以提高医师手术熟练度和手术技能。
根据实际血管介入手术的需要，以上提供了其中一种优选实施方式，需要说明的是，本发明并不仅限于这一种实施方式，可以根据需要灵活设置。

Claims (4)

1.一种具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统，包括：人体颈部以下主要血管模型、导丝表面识别单元、支撑模块、导丝轨迹固定管、力反馈模块、电源模块、控制单元、计算机、步进电机驱动器和VR设备。
所述的人体颈部以下主要血管模型用于增强训练者的训练真实感，在介入手术中患者颈部以下的血管基本相同，可以真实模拟出导丝长度发生的变化。
所述的导丝表面识别单元用于观察导丝表面，对导丝的前进、后退和旋转位移进行实时捕捉，并将数据传送给计算机进行处理。
所述的支撑模块作为导丝运动轨道，对运动的导丝进行简单的支撑。
所述的导丝轨迹固定管用于在导丝表面识别单元附近对导丝的轨迹限制，使之不偏离识别区域。
所述的力反馈模块可以对导丝施加不同等级的阻力。
所述的电源模块可以将220V交流电压进行转换，以驱动力反馈模块中的步进电机。
所述的计算机用于分析数据，将所得结果发送给控制单元，并且向VR设备传送内容。
所述的控制单元用于接收计算机的发送结果，识别计算机发送的阻力施加等级的信息，将步进电机驱动器可以识别的脉冲信号和方向信号发送出去。
所述的步进电机驱动器用于接收控制单元传递的信号，驱动步进电机。
所述的VR设备用于实时显示手术中的环境情况和具体参数。
2.如权利要求1所述的具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统，其特征在于，导丝表面识别单元使用电子显微镜进行测量。
3.如权利要求1所述的具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统，其特征在于，使用VR设备对整个手术环境和具体参数进行实时显示。
4.如权利要求1所述的具备力反馈和VR显示功能的血管介入手术模拟训练系统，其特征在于，使用了人体颈部以下主要血管模型对整个手术过程的模拟进行了补充以增强真实感。
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