CN111630580B - 用于模拟外科手术过程的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于执行外科手术过程的训练装置(1)，其特征在于：所述训练装置包括外壳(2)，该外壳至少包括：第一表面(9)，该第一表面限定旨在接收至少一个外科手术工具的操作接口；至少一个开口(4)，该开口布置在所述第一表面(9)上；以及连接接口，该连接接口维持在所述开口(4)的圆周处；所述连接接口适于接收并支撑护套。

Description

用于模拟外科手术过程的系统

技术领域

本发明涉及一种用于模拟外科手术过程以便训练外科医生的系统。

背景技术

当前，外科医生职业的学习通过理论、实际情况的观察、然后在更有经验的外科医生的监督下对真实患者执行手术来进行。

有必要的是外科医生在训练时实践外科手术过程，以便了解要掌握的实践。然而，外科医生职业需要严谨、精确以及仔细，以便防止工具的不正确操纵。一个问题是，在存在患者时，不正确的操纵可能导致并发症，诸如血管或器官的刺穿或破裂。这种类型的事故经常涉及通过侵入性且潜在危险的外科手术对患者进行紧急治疗以便使患者生存。

因此，重要的是外科医生能够在不涉及患者的情况下实践实际的外科手术过程。

由此，需要在关于患者进行潜在危险的操纵练习时，确保外科医生训练中的操作阶段和实际学习阶段，以便执行这些操纵练习。

外科手术训练方法经由训练模拟器存在。例如，实习外科医生操纵操纵杆与虚拟环境交互，以便模拟外科手术过程。还存在手的位置的传感器系统，用于控制并引导外科手术过程模拟。

然而，第一个缺点是学习者没有得到与操作期间相同的感觉条件。

文献EP0935796公开了一种旨在训练人员执行微创外科手术过程的系统。所述装置包括具有用于插入工具的开口的壳体。一旦插入，器械就可以沿轴向平移和旋转移动。所述器械连接到壳体内部的引导系统和传感器系统。装置还包括屏幕，在该屏幕上广播示出了通过呼吸周期和心跳动画化患者身体的视频。屏幕在所述视频上叠加外科医生的器械在虚拟世界中的位置。

文献US2016/133158也是已知的，描述了一种训练装置，该训练装置包括外科手术器械和被构造成限制外科手术器械的移动的支撑结构。器械在体积中的移动的限制模仿在微创外科手术中遇到的移动的限制。所述文献还公开了虚拟环境的生成和器械的移动的跟踪，以便将所述器械的表示集成到所生成的虚拟环境中。

文献US2017/251900也公开了一种训练装置，该训练装置包括表面和用于容纳护套的狭槽。所述文献公开了一种用于在屏幕上再现装置的内部的照相机系统。

第一个缺点是学习者的感觉与外科医生在操作中感到的感觉不符合。特别地，器械的移动自由度和所述器械与患者身体或其他医疗装置的交互不代表真实情况。

第二个缺点是所述类型的装置仅适于实施执行非常特定的外科手术过程。所述缺点根本上是由以下事实导致：当在属于这种装置的壳体的表面中设想多个开口时，这些开口根据对应于特别与有关病理有关的干预区域的预定位置来布置。因此，为了训练医务人员在另一病理的范围内进行干预，必须更换壳体，这涉及额外的、通常复杂且昂贵的操纵。

因此，需要一种训练装置，该训练装置用于以优化的方式模仿在真实外科手术过程期间感知的感觉来执行外科手术过程，并且用于模拟多个外科手术过程。

发明内容

本发明涉及一种克服现有技术缺点的用于执行外科手术的训练装置。

因此，本发明涉及一种用于执行外科手术的训练装置。本发明还涉及一种用于引导外科手术的系统。

根据一个方面，本发明涉及一种用于执行外科手术过程的训练装置，其特征在于：它包括外壳，该外壳至少包括：一个第一表面，该第一表面限定旨在接收至少一个外科手术工具的操作接口，外壳的表面的剩余部分形成底座；开口，该开口布置在所述第一表面上；以及连接接口，该连接接口维持在所述开口的圆周处；所述连接接口适于接收并支撑护套。

有利地，本发明通过以优化的方式模仿在真实外科手术过程期间感知的感觉并且通过使得可以模拟多个外科手术过程，来使得可以再现外科手术过程，特别是微创外科手术过程。

在特定实施方式中，训练装置还可以包括单独或根据所有可能的技术组合采用的以下特征中的一个或多个。

在一个实施方式中，第一表面包括相对于底座的可移动部分，所述开口布置在所述可移动部分上。所述第一表面的这种构造使得可以修改定位在可移动部分上的开口的放置。因此，这是特别有利的构造，因为它使得可以以优化的方式再现旨在结合有关外科手术程序形成的切口的位置。由此，可以用相同的装置在多个外科手术过程上实践，同时以优化的方式再现真实的条件。具有可移动部分的训练装置的结构还使得它可以适应于各个患者的形态。

在一个实施方式中，第一表面包括布置在第一表面的另一部分上的另一开口，该另一部分与所述可移动部分分开。第一表面的这种构造是有利的，因为这使得可以增加护套的数量，因此最终增加可能被引入到室中的外科手术工具的数量。

在一个实施方式中，所述另一部分与底座是一体的。由此，根据所述构造，两个开口之间的间隙的修改由单个可移动部分的位置的修改而产生。这种布局使得可以获得需要较少操纵以便适应给定外科手术过程的简单设计的装置。

在一个另选实施方式中，所述另一部分也可相对于底座移动。由此，根据所述构造，各个开口都安置在可移动部分上，可移动部分彼此分开。这种布局使得可以增加两个开口之间的间隙修改可能性，特别是当由于其中定位训练装置的环境的拥挤而减小各个可移动部分的移动性的幅度时。提高了装置对各种形态的患者的适应性。

在一个实施方式中，装置包括至少一个滑动件，该滑动件被构造成与至少一个可移动部分接合，以便启用所述至少一个可移动部分的平移移动。

在一个实施方式中，所述连接接口包括弹性体、泡沫、硅凝胶或塑料材料。在一个实施方式中，连接接口包括至少一个元件，该元件的杨氏模量在0.002MPa至50MPa之间。

在一个实施方式中，外壳包括靠近至少一个开口布置的至少一个引导接口，所述引导接口提供与护套的纵向部分的球形接头连接。

有利地，所述实施方式使得可以以优化的方式再现在外科手术中、特别是在微创外科手术中的真实情况期间感到的感觉反馈。

在一个实施方式中，连接接口是引导接口。在一个实施方式中，连接接口是可移除的。

在一个实施方式中，训练装置还包括用于将所述装置附接到支撑件的系统；以及用于调节附接系统的所述装置的位置的装置。由此，装置有利地构造成适于多个用户并且安装在各种支撑件上。

根据另一方面，本发明涉及一种用于训练外科手术过程的引导系统，该引导系统的特征在于：它包括：根据本发明的训练装置；第一护套，该第一护套包括中空的纵向部分，该纵向部分被引入并维持在所述装置的开口的一个中，并且适于接收外科手术工具，所述第一护套提供用于所述工具的移动的滑动枢转连接。

在一个实施方式中，所述引导系统还包括第二护套，该第二护套包括中空纵向部分，该纵向部分被引入并维持在所述装置的第二开口中并且适于接收外科手术工具，所述第二护套提供用于所述工具的移动的滑动枢转连接。

在一个实施方式中，至少一个护套包括放置在所述护套的纵向部分的内表面上的弹性材料层。

在一个实施方式中，所述引导系统还包括外科手术工具，该外科手术工具包括：杠杆；轴，该轴旨在被引入到开口的一个中或引入到训练装置的连接接口中；控制接口；外科手术工具的至少一个方位传感器和至少一个定位传感器；以及至少一个通信接口，该通信接口用于将由所述传感器收集的数据传输到远程计算机。

在一个实施方式中，所述引导系统还包括：用于启动控制接口的传感器或所述外科手术工具的功能部分的传感器，该传感器生成控制指示符，所述传感器布置在外科手术工具上；在显示器上的患者的身体区域的图像的生成器，所述生成器包括计算机，该计算机用于一方面确定控制指示符的值，另一方面根据从布置在杠杆上的传感器接收的数据确定要在显示器上显示的图像的方位和位置；以及视频显示器，该视频显示器在生成控制指示符时，显示至少一个外科手术工具的一部分的再现和相对于其启动的移动的再现，并且显示患者的身体区域。

由此，引导系统使得用户可以看到要在虚拟世界中被操作的人体的部分的模拟以及相同操纵的外科手术工具的移动和启动的表示。

附图说明

本发明将在阅读以下描述时更佳地理解，该以下描述仅由非限制性示例给出，并且通过参照以下附图来进行：

图1A是形成封闭外壳的训练装置的视图。

图1B是形成开放外壳的训练装置的视图。

图2A是开口的剖视图。

图2B是开口和可移除连接接口的剖视图。

图2C是开口和包括刚性内壁的可移除连接接口的剖视图。

图3A是其中插入护套的开口的剖视图。

图3B是开口和其中插入护套的可移除连接接口的剖视图。

图4是开口和其中插入外科手术工具的轴的护套的剖视图。

图5是训练装置的剖面图。护套插入到装置的开口中，并且外科手术工具的轴插入到所述护套中。

图6是包括弹性材料层的护套的剖视图。

图7是包括两个开口的训练装置的剖视图，护套插入到各个开口中。

图8和图9是装置的剖视图，该装置包括用于调节两个开口之间距离的装置。

图10是包括多个开口的训练装置的第一表面的视图。

图11示出了由引导系统生成的图像的示例。

在所述附图中，从一个附图到另一个附图的相同附图标记标示相同或类似的元件。为了清楚起见，除非另外说明，否则所示的元件不是等比例。

具体实施方式

本发明涉及训练装置以及包括所述训练装置的引导系统。在一个实施方式中，装置旨在接收外科手术工具，以便模拟外科手术过程。在一个实施方式中，所述外科手术装置和/或外科手术工具连接到处理器，该处理器用于生成随后也被称为“虚拟世界”的交互式虚拟现实。在一个实施方式中，所述交互式虚拟现实模拟患者身体的一部分以及外科手术工具在身体的所述部分中的位置。

本发明的目的在于在训练装置处再现外科医生在真实情况下感受到的感觉，特别是外感受的感觉。

“外科手术过程”意指对患者执行至少一个外科手术动作或多个外科手术动作。在一个实施方式中，“外科手术过程”还意指从外科手术操作的开始到结束的外科手术过程的一组步骤或者外科手术过程的侵入性或微创步骤。如图1A例示，训练装置1包括外壳2。在一个实施方式中，外壳2界定封闭的体积。

在一个实施方式中，外壳2包括至少一个第一表面9，外壳2的表面的剩余部分形成底座21。所述第一表面9限定操作接口。在一个实施方式中，所述第一表面9包括至少一个或至少两个开口4。因此，所述操作接口旨在通过其开口4中的至少一个接收至少一个外科手术工具。

在以非限制性示例的方式在图1A中例示的一个实施方式中，第一表面9是平坦表面。底座21就其本身而言被成形为使得外壳2具有呈长方体形状的总表面。

在一个实施方式中，所述开口4使得可以模拟虚拟世界中的患者的切口。在一个实施方式中，训练装置1包括用于记录插入到开口4中的外科手术工具的位置、移动和/或控制器的状态的传感器。

在一个实施方式中，所述开口4适于接收并支撑护套7。护套7使得可以模拟插入到患者皮肤中的套管针的存在。在一个实施方式中，所述开口4包括连接接口6或被构造成接收适于接收护套7的连接接口6。

在图1B和图10所例示的一个实施方式中，外壳2的形状或第一表面9的形状对应于患者腹部的形状。如图1B例示，外壳2可以仅由第一表面9形成。

在一个实施方式中，第一表面9包括具有弯曲的至少一个部分。在一个实施方式中，第一表面9的曲线被预定义为对应于患者腹部的曲线。

如图2A例示，开口4是外壳2的壁之间的自由空间。在一个实施方式中，装置1包括维持在所述至少一个开口4的圆周处的连接接口6。在一个实施方式中，连接接口6具有用于插入护套的中空中心。

在一个实施方式中，所述连接接口6包括至少一种挠性材料。在一个实施方式中，所述挠性材料表示用于将护套插入到连接接口6的中空中心中的区域的患者的生物组织的刚性或弹性。

在图2B所例示的一个实施方式中，连接接口6是可移除的，并且可以从开口4移除。在一个实施方式中，开口4是圆柱形的。在一个实施方式中，开口4和连接接口6包括平坦段(未示出)，该平坦段用于便于连接接口6插入和/或定位在开口4中。

平坦段的优点是将连接接口6稳定在开口4中，特别是当所述开口4位于第一表面9的弯曲部分上或位于第一表面的具有与水平面的倾斜的一部分上时。连接接口6在开口4中的稳定同时使得可以避免干扰用户的感觉。其次，连接接口6的稳定也使得开口4的确切位置与所述开口4在虚拟表示中的位置之间的更精确的平行成为可能。

在图2B和图3B所例示的一个实施方式中，连接接口6包括刚性外壁61。在一个实施方式中，所述刚性外壁61包围挠性材料62。刚性外壁61使得可以将连接接口6插入到第一表面9的开口4中。

在图2C所例示的一个实施方式中，连接接口6还包括刚性内壁63。在一个实施方式中，挠性材料62布置在刚性外壁61与刚性内壁63之间。在一个实施方式中，所述两个壁(61、63)限定中空圆柱体。

所述刚性内壁63的优点是便于护套7插入到连接接口6中。

当挠性材料静止时，当护套7的待插入部分的直径大于刚性内壁63的连接接口6的内径(D)时，所述优点增加。在所述场景中，刚性内壁63使得可以保护挠性材料62或者防止挠性材料62在护套7的插入期间撕裂。

在一个实施方式中，刚性内壁63覆盖挠性材料62的内径的圆周的一部分，以便使得能够通过压缩挠性材料62来扩大连接接口6的内径(D)。

在一个实施方式中，连接接口6的高度(H)基本上对应于腹壁的高度。在一个实施方式中，连接接口6的高度在1cm至15cm之间。包括例如在10cm至15cm之间的显著高度的连接接口6使得例如可以模拟对具有显著肥胖症的人的操作。

在一个实施方式中，中空中心是圆柱形的，并且在静止时的直径(D)略小于待插入到连接接口6中的护套的部分的外径。“静止时的直径”意指当挠性材料处于其自然形状或未受到任何约束时的直径。

在一个实施方式中，挠性材料62包括弹性体、硅凝胶、泡沫或塑料材料。根据一个示例，所述连接接口6包括具有在0.002MPa至50MPa之间的杨氏模量的至少一个部分。

在一个实施方式中，挠性材料的弹性特性类似于皮肤的弹性特性。根据一个示例，所述连接接口6包括具有在0.002MPa至15MPa之间的杨氏模量的至少一个部分。因此，这种间隔使得可以为期望受到训练的医务人员产生与在皮肤处进行的真实外科手术过程期间获得的感觉相同的感觉。因此，这使得可以非常精确地瞄准所寻求的感觉，这有助于以最佳方式训练医务人员，以便进行有关的外科手术过程。换言之，瞄准这种间隔使得可以避免将与皮肤上的外科手术过程的感觉有关的感觉与其他感觉混淆，诸如例如与在身体的更深层(典型地是静脉、神经、韧带等)中进行的外科手术过程有关的感觉。然后理解，在这种间隔中具有挠性材料有利地减少了在真实条件下对受试者进行的外科手术过程期间可能的操纵错误。

连接接口6的杨氏模量的这种间隔的选择仅构成本发明的一个另选实施方式。由此，不排除具有不同的间隔，使得连接接口6的挠性材料62的弹性特性类似于身体的另一部分(例如腹壁)的弹性特性。根据该示例，所述连接接口6包括具有在1MPa至35MPa之间的杨氏模量的至少一个部分。

所述连接接口6的优点是再现患者的套管针/切口交互。这样，在器械的操纵期间，用户感知与在外科手术中的真实情况期间、特别是在微创外科手术中的真实情况期间感到的感觉反馈类似的感觉反馈。

在一个实施方式中，连接接口6的挠性材料62的弹性特性是各向同性的。在一个实施方式中，挠性材料具有至少大于90％的各向同性。有利地，所述各向同性的挠性材料62使得可以再现皮肤的弹性特性。

在一个另选实施方式中，连接接口6的挠性材料62的弹性特性是各向异性的。例如，连接接口6的挠性材料62可以包括沿相同方向定向的纤维，这产生其中杨氏模量在平行方向上比在垂直于纤维的方向上更大的材料。纤维可以构成连接接口6或者被包括在形成复合材料的基质内。

有利地，所述各向异性的挠性材料62使得可以再现皮肤的纤维层。由此，根据本发明的装置能够模拟人体任意部分上的切口。

在一个实施方式中，至少一个开口4被设计为接收并维持连接接口6。一旦被维持，连接接口6就被设计为接收并支撑护套7。

在一个实施方式中，外壳2还包括至少一个引导接口。在一个实施方式中，引导接口被布置成靠近开口4中的至少一个。

在一个实施方式中，所述引导接口提供了在外壳2与插入到外壳4的所述开口中的外科手术工具之间的球形接头连接。在一个实施方式中，引导接口提供了在外壳2与插入到所述开口4中的护套7之间的球形接头连接。

由“球形接头连接”在此参考引导接口执行外壳2与外科手术工具/护套7之间的接合的事实，所述接合具有三个旋转自由度。

在以非限制性示例的方式在图2A中例示的一个实施方式中，连接接口6也是引导接口。在所述实施方式中，连接接口6与护套7之间的交互使得可以以优化的方式再现套管针与在外科手术过程期间对患者执行的切口之间的交互。

有利地，连接接口6与护套7之间的所述连接示出了套管针的插入区域的生物组织与套管针之间的连接。

如图2A例示，连接接口6具有用开口4的边缘牢固地维持的基本上圆柱形的环形形状。连接接口6的这种几何构造有利于在外壳2与插入其中的外科手术工具/护套7之间产生球形接头连接。然而，应当注意，连接接口6的特定形状的选择仅构成本发明的一个另选实施方式。由此，一方面，不排除具有其它形状，另一方面，某些旋转自由度在其各自的幅度上受限，例如，如在下文中关于图2B和图2C所例示的实施方式更详细地描述的。

在一个实施方式中，引导接口提供了在外壳2与护套7或外科手术工具8的纵向部分之间的连接。根据一个示例，所述连接包括两个旋转自由度。根据所述示例，沿着护套7的纵向部分71的纵向轴线限定旋转连接的程度。

在一个实施方式中，护套7的纵向部分71包括外表面，该外表面在其至少一个部分上包括适于限制关于连接接口6的滑动的表面状态。在一个实施方式中，护套7的纵向部分71包括外表面，该外表面包括被预定为限制关于连接接口6的滑动的表面状态。在一个实施方式中，所述表面状态适于阻止护套在开口4中绕其纵向轴线的旋转滑动。

在一个实施方式中，所述引导接口使得护套7一旦插入到开口4中就可以具有3个旋转自由度。实际上，护套7还可以保持至少一个与插入和移除移动对应的平移自由度。在一个实施方式中，当护套被推入预定距离时，护套的展开部分72使得可以阻止护套的平移。因此，展开部分使得可以在一个方向上限制所述平移自由度。在一个实施方式中，展开部分还使得可以便于将外科手术工具引入到护套7中。

在一个实施方式中，至少两个旋转自由度在角度上受限。在一个实施方式中，沿着与插入的中心轴线A正交的轴线的旋转自由度在角度上受限。实际上，护套7相对于第一表面9的倾斜在角度上受限，以便再现插入到切口中的套管针的自由度。

在一个实施方式中，护套在引导接口中的球形接头连接被限制为90°、45°或优选地30°的旋转。

在一个实施方式中，连接接口的挠性材料62使得护套7能够沿着与连接接口6的插入的中心轴线A正交的两个轴线进行有限的旋转。在一个实施方式中，挠性材料62能够被压缩，以便使得护套能够旋转。由此，旋转自由度的角度限制由挠性材料62的压缩限制来决定。

在一个实施方式中，护套7的旋转受挠性材料62的厚度(E)和/或连接接口6的所述挠性材料62的弹性限制。在一个实施方式中，挠性材料62的厚度(E)在0.5cm至15cm之间变化。厚度保证了自由度。

挠性材料62的厚度(E)、其弹性以及连接接口6的高度(H)被确定为再现皮肤或腹壁的机械阻力。

因此，可去除连接接口的优点是能够在同一开口上修改连接接口，并因此修改第一表面9/护套7连接的高度和机械特性。由此，同一装置1使得可以成倍增加使用变型：同样的，不仅使得可以改变身体的部分或被切开的壁的类型，而且可以考虑个体的差异。

如图3A和图3B例示，所述连接接口6的优点是进行外壳2与护套7之间的连接。

在一个实施方式中，护套7使得可以模拟套管针的存在。在一个实施方式中，护套7被呈现为中空圆柱形轴的形式。在一个实施方式中，护套7包括被构造成插入到开口4中的第一纵向部分71。在一个实施方式中，第一纵向部分71包括中空圆柱体。在一个实施方式中，第一纵向部分71包括外径和内径。在一个实施方式中，第一纵向部分71旨在接收至少一个外科手术工具。

在一个实施方式中，护套7包括第二展开部分72，该第二展开部分的内径大于第一纵向部分71的内径。护套有利地被构造成通过其纵向部分71插入到开口4中，使得展开部分72位于外壳2的外部上。由此，所述展开部分72被构造成引入外科手术工具的纵向部分。

在一个实施方式中，护套7包括用于调节其纵向部分71的直径的装置(未示出)。所述用于调节护套7的纵向部分71的直径的装置使得可以根据外科手术工具或根据用于训练的外科手术工具的轴的直径来改变所述直径。

在一个实施方式中，护套7是套管针或套管针的再现，诸如在外科手术操作期间使用的套管针。

在图10所例示的一个实施方式中，第一表面9包括一组开口4，该组开口包括至少两个开口4。在一个实施方式中，第一表面9包括多个开口，例如3、4、5、6、7、8、9或至少10个开口4。在一个实施方式中，开口4位于第一表面9上，以便与在腹部的微创外壳手术中(例如在内脏或肥胖外科手术中)执行的切口的位置对应。

根据操作类型和所模拟的外科手术技术，可以使用所述开口4的一部分。在一个未示出的实施方式中，装置包括预定数量的塞子，以便塞住在训练期间将不使用的开口4。

由此，由于开口的位置和方位，装置1使得可以关于各种类型的外科手术过程进行训练。

在一个实施方式中，装置1包括用于调节至少一个开口4的直径或尺寸的装置。所述用于调节开口的直径或尺寸的装置使得可以改变开口的尺寸或直径。例如，装置1可以包括中心对应于开口中心的膜片或虹膜。在一个实施方式中，所述膜片或所述虹膜可以连接到致动装置，该致动装置被构造成引起开口4的直径的减小或扩大。

这样，开口4的直径或尺寸是可变的，由此，开口4可以旨在用于各种直径的护套7和/或各种连接接口6。优点是能够利用同一装置1实践实际上需要不同尺寸的套管针的各种类型的操作。

在一个实施方式中，装置1包括至少两个不同尺寸的开口4。所述布局使得可以在同一装置1上模拟各种外科手术操作。实际上，根据所模拟的外科手术过程，切口可以具有各种长度。例如，经由腹壁执行的切口将具有大于为血管操作执行的相同切口的尺寸。本发明使得可以向用户提供真实的支持，使得相同的操作用于执行手术过程。

在一个实施方式中，装置1包括多个开口4，其中至少两个开口4包括不同的连接接口6。“不同的连接接口”意指高度、挠性材料的弹性和/或挠性材料的厚度彼此不同的连接接口6。由此，装置1包括多个开口4，各个开口能够在身体的各种部分中再现切口，例如皮肤中的切口或腹壁中的切口。

由此，装置1对于模拟不同外科手术操作可兼容。

在一个实施方式中，装置1还包括用于将所述装置1附接到支撑件的系统3。附接系统可以包括紧固装置。在一个实施方式中，附接系统3包括用于与台的边缘接合的U形凸耳。根据第一示例，附接系统3包括由虎钳实现的附接系统。根据第二示例，附接系统3是吸盘。

在一个实施方式中，装置1还包括用于调节附接系统3相对于所述装置1的位置5的装置。

例如，附接系统3可以包括纵向元件31。在一个实施方式中，装置1包括被构造成沿着纵向元件31滑动的位置调节装置5。如图1A例示，位置调节装置5包括可移除的元件51，该元件旨在插入到附接系统3的纵向元件31的孔中，以便附接与附接系统3相对的外壳2的位置。

更具体地，用于调节位置的装置5包括外壳2的一体部分，该一体部分使得外壳能够沿着作为可移除元件的纵向元件31平移。

在图1B所例示的一个实施方式中，装置1还包括用于调节外壳2的倾斜度的装置。用于调节位置的装置5是用于调节外壳2的倾斜度的装置。在一个实施方式中，用于调节方位的装置使得能够调节外壳2在与纵向元件31的连接处的倾斜度。

有利地，用于调节位置的装置5使得可以移动外壳2，使得开口可以对应于用户的人体工程学位置。优选地，用户将调节外壳2的位置，以使当用户的手臂放低或处于非疲劳位置时，开口4与用户的手基本上处于同一竖直水平。

由此，用于调节位置的装置5被构造成适合于多个用户。另外，位置5的调节使得装置的移动性成为可能，装置由此可以用在任何支撑件上。

在一个实施方式中，外壳2包括位置和方位定位系统。

在一个实施方式中，外壳2包括用于识别开口4中的连接接口6的存在的检测器。检测器还使得可以识别连接接口6的参数，例如其高度、挠性材料62的弹性或挠性材料62的厚度。

在外壳2界定封闭体积的一个实施方式中，外壳2填充有空气。在另一实施方式中，为了模拟某些外科手术过程，外壳2填充有材料，优选地填充有柔软或粘性材料，或者填充有液体。

粘性材料或液体的存在使得可以模拟在外壳2中移动的外科手术工具8的至少一个轴81的移动的阻力。在一个实施方式中，外壳2所包括的材料或液体的粘度大于4·10^{- 3}Pa.s。在一个实施方式中，外壳2所包括的材料的弹性模量大于0.002MPa。所述各种粘弹性使得可以模拟外科手术工具8在体内的移动，例如在包围血液的体积中、在肌肉中甚至在器官中的移动。

在图4和图5所例示的一个实施方式中，护套7旨在接收外科手术工具8的轴81。

中空纵向部分71维持在开口4中的一个中的护套7使得可以接收外科手术工具8。

“外科手术工具”在此意指包括被构造成插入到患者体内的纵向部分81(其后也称为“轴”)以及旨在由外科医生在操作期间操纵的杠杆82的任意外科手术工具。“外科手术工具”还意指这种工具的任意再现，诸如例如通过3D打印再现的工具。

在一个实施方式中，“外科手术工具”还包含用于在外科手术过程期间记录患者体内的图像的成像系统，诸如内窥镜照相机或关节镜照相机。

在一个实施方式中，护套7和外科手术工具8的轴81形成滑动枢转连接。在图5所例示的一个实施方式中，由轴81和护套7形成的连接以及由护套7和引导接口形成的连接被组合，以在轴81与外壳2之间形成包括3个旋转自由度和一个平移自由度的连接。

在一个实施方式中，在轴81的三个旋转自由度上，沿着插入中心轴线A或沿着轴81的纵向轴线的旋转自由度是完全自由的。在一个实施方式中，1或2个旋转自由度在角度上受限，以便在操作期间再现外科手术工具的移动自由度。在一个实施方式中，在角度上受限的旋转自由度是沿着与插入的中心轴线A正交的轴线的旋转自由度。

在一个实施方式中，护套7的纵向部分71的内径稍大于或等于外科手术工具8的轴81的外径。

在图7所例示的一个实施方式中，外壳2包括布置在第一表面9上的至少2个开口4。在一个实施方式中，至少两个开口4各自包括连接接口6。在一个实施方式中，至少两个开口4适于各自接收护套7。

说明书的剩余部分旨在详细描述本发明的一个实施方式，其中，第一表面9包括相对于底座21的可移动部分10，开口4布置在所述可移动部分10上。所述第一表面9的这种构造使得可以修改定位在可移动部分10上的开口4相对于底座21的布置。这样，可以以优化的方式再现旨在结合有关外科手术程序形成的切口的位置。由此，可以用相同的装置1在多个外科手术过程上实践，同时借助于连接接口6以优化的方式再现真实的条件。还可以使装置1适应各个患者的形态。

由“可移动”在此参考相对于被认为是附接的底座21的相对移动，以便修改所述底座21与所述可移动部分10之间的距离。由此，第一表面9的可移动部分10对应于适于由用户甚至本身已知的自动化装置在第一位置(所谓的出发位置)与第二位置(所谓的到达位置)之间移动的表面元件。鉴于本发明的本质，对于本领域技术人员来说将变得含蓄地显而易见的是，所述出发和到达位置分别对应于稳定位置，也就是说，其中维持可移动部分10的位置。换言之，装置1设置有用于将可移动部分10阻止在稳定位置中的装置。通常，可以实施本领域技术人员已知的任何阻止装置(制动器、挡块等)，阻止装置的选择仅构成本发明的一个另选实施方式。

图8和图9示意性地例示了外壳2的实施方式的优选示例，其中，在第一表面9中形成两个开口，所述第一表面被构造成使得所述两个开口之间的间隙可根据医务人员的成员期望实践的外科手术过程来调节。

如图8和图9所例示的，第一表面9包括布置在第一表面9的与所述可移动部分10分开的另一部分上的另一开口4。所述开口4适于接收并支撑诸如前述的护套7。

所述第一表面9的这种构造使得可以修改两个开口4中的一个相对于另一个的放置，因此改变将两个开口分开的间隙。由此，可以以优化的方式再现旨在结合有关外科手术程序形成的多个切口的位置。这样，期望被训练的医务人员能够利用单个相同的装置在多个外科手术程序上实践，同时以优化的方式再现真实的条件。

在图8和图9所例示的示例中，所述另一部分11与底座21是一体的。由“一体”在此参考所述另一部分11相对于底座21保持附接的事实。在实施方式的所述示例中，所述一体部分11由底座21的延伸部形成，所述延伸部来自与所述底座21一起的材料。由此，根据所述构造，两个开口4之间的间隙的修改由单个可移动部分10的位置的修改产生，另一部分相对于底座21保持附接。这种布局使得可以获得需要较少操纵以适应给定外科手术过程的简单设计的装置1。

应当注意，不排除具有与底座21一体的部分11，而没有那么多来自与底座一起的材料。通常，用于将另一部分11维持在附接位置中的任意手段该都是可能的，对维持手段的选择仅构成本发明的一个另选实施方式。本领域技术人员将知道如何选择这种维持手段(焊接、粘结等)，因此，本发明的所述方面未在以上详细描述。

在一个另选实施方式(图中未示出)中，所述另一部分11也可相对于底座21移动。由此，根据所述构造，各个开口4都安置在可移动部分上，可移动部分彼此分开。这种布局使得可以增加两个开口4之间的间隙修改可能性。实际上，往往发生装置1被置于拥挤的环境中，而不管是由站在所述装置1附近的辅助人员甚至是由有关外科手术过程必需的其它设备。于是，理解，在所述类型的环境中，可移动部分10的移动幅度可以被限制到具有两个可移动部分对于补偿所述可移动部分中的每一个的减小幅度是非常有利的程度。这也有助于装置1适应患者的各种形态。

在图8和图9所例示的实施方式的示例中，可移动部分10适于根据平移移动而移动。为此，装置包括以本身已知的方式构造为与所述可移动部分10接合的滑动件(图中未示出)。使用这种滑动件使得可以提供沿着与第一表面9延伸的平面平行的平面的稳定平移移动。对于本领域技术人员来说将变得明显显而易见的是本发明不限于单个滑动件的实施。例如，为了进一步增加平移移动的稳定性，装置1可以包括两个滑动件，该两个滑动件彼此相对布置且被构造成与可移动部分10的两个相对侧接合。

此外，在第一表面9包括两个可移动部分的情况下，不排除各个可移动部分与专门专用于其的一个或多个滑动件接合，甚至两个可移动部分与共同的滑动件接合。

应当注意，本发明不能减少为可移动部分10的特定类型的一个移动模式，例如如上所述的平移移动。由此，不排除例如具有根据基本上圆弧移动的可移动部分10，该移动借助于为此构造的杠杆臂(例如，一端是可旋转移动的并且另一相对端与可移动部分牢固地接合的杠杆臂)，甚至不排除具有借助于一个或多个铰链旋转的可移动部分10。也不排除当第一表面9包括多个可移动部分时，所述可移动部分的各自移动彼此不同。

而且，到目前为止已经用至多两个可移动部分描述了本发明。然而，可移动部分的数量不能被限制为至多两个。更具体地，可移动部分的数量至多等于在第一表面9中形成的开口4的数量。然而，开口4的最大数量根据外科手术过程的范围而适应，医务人员可以关于外科手术过程对于同一装置1训练。作为非限制性示例，开口的数量等于5，并且可移动部分的数量在0至5之间，例如等于2。

根据另一方面，本发明包括一种用于训练外科手术过程的引导系统。在一个实施方式中，所述系统包括训练装置1、至少一个第一护套7，该护套包括被引入并维持在所述训练装置1的开口4中的一个中的中空纵向部分71。在一个实施方式中，护套7适于接收外科手术工具8的轴81。在一个实施方式中，所述第一护套7为所述外科手术工具8的移动提供滑动枢转连接。在一个实施方式中，外科手术系统包括被引入到并维持在训练装置1的开口中的一个中的第二护套7。

在一个实施方式中，引导系统还包括至少一个如上述的外科手术工具8。

在图6所例示的一个另选实施方式中，护套7的纵向部分71还包括弹性材料层74。所述弹性材料层74被构造成由位于护套7的纵向部分71的中心中空部分中的对象变形。

在一个实施方式中，所述弹性材料层74被放置在护套7的纵向部分71的内表面上。在一个实施方式中，所述层74附接到护套7的内表面上。可以通过粘结或热粘结来进行该附接。

在所述实施方式中，所述弹性材料层74被构造成在轴81的通过期间压缩变形。在一个实施方式中，轴81的外径大于护套7的纵向部分71的内径。在一个实施方式中，一旦轴81插入到护套7中，弹性材料层74就将趋于恢复到其原始形状，由此取消护套7的内径与轴81的外径之间的差。

在一个实施方式中，护套7的纵向部分71的内径在第一直径与第二直径之间变化，在第一直径处，弹性材料层74处于“静止”形状，在第二直径处，弹性材料层74被压缩到其最大弹性。在一个实施方式中，轴的外径在所述第一直径与所述第二直径之间。

这样，有利地防止了在轴81与护套7的壁之间出现间隙。此外，这也使得可以使用在同一护套7上包括各种直径的轴81的外科手术工具8。所述后一种可能性使得可以获得相对于操作过程的不同情况的优化构造。由此，同一护套7可以用于训练和模拟各种外科手术工具的使用，并且因此用于模拟各种外科手术过程。

在未示出的一个另选实施方式中，弹性材料层74包括处于护套7的纵向部分71的第一纵向端处的第一部分和处于护套7的纵向部分71的第二纵向端处的第二部分。所述模式使得可以减少所使用的材料的量并且减轻护套。

在一个实施方式中，第一部分和第二部分具有几何形状为非圆形的截面，以便促进弹性材料层74在轴82通过期间变形。在一个实施方式中，第一部分和第二部分各自具有星形截面。

在一个实施方式中，所述弹性材料层74包括一表面，该表面足够光滑，以便提供与插入到护套7中的轴的滑动枢转连接。

在一个实施方式中，外科手术工具8的杠杆82包括至少一个控制接口83。所述控制接口可以是开关、按钮、剪刀或任意致动装置。

在实际干预期间，所述控制接口使得可以启动外科手术工具的远端处的功能，例如启动钳子。在一个实施方式中，所述控制接口83将使得可以在虚拟世界中再现外科手术工具的远端的启动，而且还可以再现控制接口83的状态。

在一个实施方式中，外科手术工具8包括控制接口83的启动的至少一个传感器。在一个实施方式中，控制接口83的启动的所述传感器生成控制指示符。

在未示出的一个实施方式中，轴82包括可以由控制接口83启动的功能部分。在一个实施方式中，外科手术工具8包括功能部分的致动的传感器。根据非限制性示例，功能部分是可以经由控制接口83致动的钳子，并且致动的传感器测量钳子的打开角度或所述钳子的两个钳口之间的距离。在一个实施方式中，所述致动的传感器生成控制指示符。

在一个实施方式中，功能部分位于轴82的远端附近或远端上。

因此，控制指示符可以从控制接口83生成，或者通过外科手术工具8的功能部分的位置或状态生成。

如图5例示，控制接口83可以是可移动部分，该可移动部分被构造为容易地由用户移动，例如从用户的手指移动。在一个实施方式中，控制接口83的启动的传感器生成指示符，该指示符可以是移动百分比或相对于参考的移动。

由此，用户在与真实外科手术操作期间使用的杠杆类似的杠杆82上实践。另外，所述传感器可以使得可以在模拟期间生成图像，在用户启动控制接口83时，在该图像上模拟轴的功能部分的启动，例如与所生成的指示符的值成比例地打开或关闭钳子。

在一个实施方式中，外科手术工具8包括至少一个位置传感器。在一个实施方式中，外科手术工具8包括至少一个定位传感器和/或至少一个方位传感器。

在一个实施方式中，外科手术工具8包括至少一个通信接口，该通信接口用于将由外科手术工具8的传感器收集的数据传输到远程计算机。在一个实施方式中，所述通信接口可以是无线的或有线的。在一个实施方式中，所述通信接口还使得可以传输控制接口83的启动的至少一个传感器的数据或外科手术工具8的功能部分的致动的至少一个传感器的数据。

在一个实施方式中，外科手术工具8包括至少一个触觉反馈装置。在一个实施方式中，所述触觉反馈装置是振动器或换能器。所述触觉反馈装置使得可以在模拟检测到外科手术工具与在虚拟世界中模拟的对象之间的接触时，使用户感受到所述接触。

在一个实施方式中，引导系统还包括用于在虚拟世界中模拟外科手术过程的装置。在一个实施方式中，显示装置实时生成包括患者身体的一部分的外科手术过程的模拟和由用户操纵的外科手术工具的至少一个轴的模拟。

通过显示装置，用户看到在虚拟世界中要被操作的人体的部分的模拟以及相同操纵的外科手术工具的移动的表示。

在一个实施方式中，计算机被配置成模拟至少一个外科手术工具与患者身体之间的交互。在一个实施方式中，计算机被配置成将信息传输到外科手术工具8的触觉反馈装置。在一个实施方式中，计算机被配置成传输信息或启动触觉反馈装置，以使用户感觉到事件，例如，当外科手术工具接触虚拟世界中的患者的身体时。

在一个实施方式中，引导系统包括显示器上的患者身体的区域的图像的生成器。在一个实施方式中，生成器包括用于接收由外科手术工具的传感器和/或由控制接口传输的数据的计算机。在一个实施方式中，生成器包括计算机，该计算机用于接收由外科手术工具传输的数据并且用于将信息传输到所述外科手术工具8。

在一个实施方式中，计算机被配置为：

-确定控制指示符的值；和/或

-根据由布置在外科手术工具上的传感器接收的数据来确定要在显示器上显示的外科手术工具的位置和方位。

在一个实施方式中，生成器根据从外科手术工具8的所述传感器接收的数据生成包括至少一个外科手术工具的视觉表示的第一图像。例如，所述后一种工具的视觉表示可以叠加在身体区域的表示上，或者叠加在器官及其环境的表示上。

在一个实施方式中，实时计算外科手术工具的位置。由此，第一生成图像使得可以模拟外科手术工具的远端部分在虚拟患者体内的位置。在一个实施方式中，第一生成图像包括外科手术工具的功能部分及其启动状态。

有利地，所述第一图像模拟由在操作期间引入到患者体内的照相机拍摄的图像，并且显示在手术室中的屏幕上，以引导外科医生的移动。

在一个实施方式中，所生成的图像被传输到视频显示器。

在一个实施方式中，生成器生成第二图像。在一个实施方式中，所述第二生成图像包括第一生成图像。在一个实施方式中，第二生成图像是外科医生在操作期间的视图的模拟。根据一个示例，对外科医生的视图的所述模拟包括屏幕，该屏幕包括第一生成图像。

在一个实施方式中，第二生成图像包括由用户操纵的至少一个外科手术工具的视觉表示。在一个实施方式中，在虚拟世界中同样地示出至少一个外科手术工具8。在一个实施方式中，在第二生成图像的视觉表示中同样地示出了外科手术工具。在一个实施方式中，在第二生成图像中示出了外科手术工具8的位置、方位。在一个实施方式中，在第二生成图像中示出了控制接口83的状态或布置。

由此，用户可以有利地在第二生成图像中查看其工具相对于患者身体的位置以及控制接口是否已经被启动。在一个实施方式中，第二图像包括患者的腹部。在一个实施方式中，生成器连接到外壳2的位置和方位定位系统。在一个实施方式中，第二图像从由所述定位系统接收的数据生成。由此，在虚拟世界中再现外壳2的位置和方位，以模拟例如患者的腹部。另外，第二生成图像可以包括插入到患者切口中的套管针。所示套管针对应于引导系统的护套7。

在一个实施方式中，第二图像的腹部形状对应于外壳2的形状或对应于第一表面9的形状。

在一个实施方式中，第二生成图像包括患者。

在一个实施方式中，计算机被配置成解释来自外科手术工具的杠杆的传感器的数据，以便确定所述外科手术工具在空间中的位置和方位和/或其功能部分和/或其杠杆的启动。

因此，在一个实施方式中，引导系统包括视频显示器，当产生控制指示符时，该视频显示器显示至少一个外科手术工具的一部分的再现和相对于其启动的移动的再现。

在一个实施方式中，视频显示器被构造成显示由生成器生成的第一生成图像或由生成器生成的第二生成图像。

在一个实施方式中，视频显示器还显示患者身体区域的再现。

在一个实施方式中，视频显示器是屏幕。

在一个实施方式中，视频显示器是虚拟现实视图器。

在图11所例示的一个实施方式中，第二生成图像100包括要被操作的患者区域102的表示、插入到患者切口中的至少一个套管针103、插入到所述套管针103中的至少一个外科手术工具104。

第二生成图像还包括第一生成图像101。在一个实施方式中，所述第一图像101在屏幕中的第二图像100中示出。所述第一生成图像包括患者105身体的至少一个区域(在此是器官)及其环境。第一生成图像还包括外科手术工具106的至少一部分(在此是外科手术工具的远端)和/或其功能部分(在此是钳子)，该功能部分可以由外科手术工具8的控制接口83启动。

根据另一方面，本发明涉及一种旨在训练人员以执行微创外科手术过程的系统，该系统包括：

-根据本发明的训练装置；

-根据本发明的至少一个护套和至少一个外科手术工具；

-视频显示装置；

-视频成像系统，该视频成像系统旨在产生叠加在患者器官及其环境的视觉表示上的装置的所述工具的视频图像模拟；

-处理器，该处理器被配置成解释来自所述装置的杠杆的传感器的数据，以便确定器械的位置和方位；所述处理器还控制视频成像系统为所述显示装置创建视觉模拟。

更一般地，应当注意，上面考虑的实施方式已经通过非限制性示例的方式进行了描述，并且因此其他另选方案是可能的。

特别地，已经通过考虑旨在训练人员的系统描述了本发明，所述系统特别地配备有视频成像系统，该视频成像系统有利于进行操纵的人员的视觉辅助。根据其它示例，不排除考虑旨在训练的系统，其中，训练装置包括在透明材料中产生的第一表面，甚至整个外壳在这种透明材料中产生。在这种情况下，如果进行操纵的人员获取其移动的直接视觉感知，则透明材料还形成视觉辅助。当然，使用这种透明材料与视频成像系统兼容，以便具有最佳视觉辅助。

附图标记

1-训练装置

2-外壳

21-底座

3-附接系统

31-纵向元件

4-开口

5-用于调节位置的装置

51-可移除元件

6-连接接口

61-刚性外壁

62-挠性材料

63-刚性内壁

7-护套

71-纵向部分

72-展开部分

73-护套的外表面

74-护套的弹性材料层

8-外科手术工具

81-轴

82-杠杆

83-控制接口

9-第一表面

10-第一表面的可移动部分

11-第一表面的一体部分

A-插入的中心轴线

100-第二生成图像

101-显示在屏幕上的第一生成图像

102-患者的腹部

103-插入到患者的切口中的套管针

104-插入到套管针中的外科手术工具

105-患者的器官

106-外科手术工具

Claims (13)

1.一种用于执行外科手术过程的训练装置（1），所述装置（1）包括外壳（2），该外壳包括：

-第一表面（9），该第一表面限定旨在接收至少一个外科手术工具（8）的操作接口，所述外壳（2）的所述表面的剩余部分形成底座（21）；

-第一开口，该第一开口布置在所述第一表面（9）上；

- 第二开口，所述第二开口也布置在所述第一表面（9）上；

-连接接口（6），该连接接口维持在所述开口（4）的圆周处；所述连接接口（6）适于接收并支撑护套（7）；

所述装置（1）的特征在于：所述第一表面（9）包括相对于所述底座（21）的可移动部分（10），所述第一开口布置在所述可移动部分（10）上，并且，所述第二开口布置在所述第一表面（9）的与所述可移动部分（10）分开的另一部分上。

2.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于：所述另一部分与所述底座（21）是一体的。

3.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于：所述另一部分也能相对于所述底座（21）移动。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置（1），其特征在于：所述装置包括至少一个滑动件，该滑动件被构造成与至少一个可移动部分（10）接合，以便启用所述至少一个可移动部分（10）的平移移动。

5.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于：所述连接接口（6）包括弹性体、泡沫、硅凝胶或塑料材料，其杨氏模量在0.002 MPa至50 MPa之间。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置（1），其特征在于：所述外壳（2）包括靠近至少一个开口（4）布置的至少一个引导接口，所述引导接口提供与护套（7）的纵向部分（71）的球形接头连接。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置（1），其特征在于：所述连接接口（6）是可移除的。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置（1），还包括用于将所述装置（1）附接到支撑件的附接系统（3）；以及用于调节所述附接系统（3）的所述装置（1）的位置的装置。

9.一种用于训练外科手术过程的引导系统，该引导系统的特征在于：所述引导系统包括：

-根据权利要求1至8中任意一项所述的装置（1）；

-第一护套（7），该第一护套包括中空的纵向部分（71），该纵向部分被引入并维持在所述装置（1）的所述开口（4）中的一个中，并且适于接收外科手术工具（8），所述第一护套（7）提供用于移动所述外科手术工具（8）的滑动枢转连接。

10.根据权利要求9所述的引导系统，其特征在于：所述引导系统还包括：

-第二护套（7），该第二护套包括中空的纵向部分（71），该纵向部分被引入并维持在所述装置（1）的第二开口中，并且适于接收外科手术工具（8），所述第二护套（7）提供用于移动所述外科手术工具（8）的滑动枢转连接。

11.根据权利要求9或10所述的引导系统，其特征在于：至少一个护套（7）包括放置在所述护套（7）的所述纵向部分（71）的内表面上的弹性材料层（74）。

12.根据权利要求9或10所述的引导系统，其特征在于：所述引导系统包括至少一个外科手术工具（8），该外科手术工具包括：

-杠杆（82）；

-轴（81），该轴旨在被引入到所述开口（4）的一个中或引入到所述训练装置（1）的连接接口（6）中；

-控制接口（83）；

-所述外科手术工具（8）的至少一个方位传感器和至少一个定位传感器；以及

-至少一个通信接口，该通信接口用于将由所述传感器收集的数据传输到远程计算机。

13.根据权利要求12所述的引导系统，其特征在于：所述引导系统包括：

-用于启动所述控制接口（83）的传感器或所述外科手术工具（8）的功能部分的传感器，该传感器生成控制指示符，所述传感器布置在所述外科手术工具（8）上；

-在显示器上的患者的身体区域的图像的生成器，所述生成器包括计算机，该计算机用于一方面确定所述控制指示符的值，另一方面根据从布置在所述杠杆（82）上的所述传感器接收的数据确定要在显示器上显示的图像的方位和位置；以及

-视频显示器，该视频显示器在生成所述控制指示符时，显示所述至少一个外科手术工具的一部分的再现和相对于其启动的移动的再现，并且显示患者的所述身体区域。

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