CN112216169A - 一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统 - Google Patents

一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统 Download PDF

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何炳蔚
陈刚
刘宇清
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Abstract

本发明涉及一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统，包括：用于提供虚拟手术操作环境的虚拟环境单元；用于测试用户理论知识的测试单元；用于模拟多种病患病例的病例库单元；用于提供用户进行穿刺手术操作的手术模拟单元；用于加深用户对手术出错后果印象的手术试错单元。本发明提出的一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统，解决实验教学中教学人体模型只有外形无内部且易损坏的问题，有利于医生更清楚了解人体的各组织器官结构。

Description

一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统
技术领域
本发明涉及神经科手术辅助教学系统，具体涉及一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统。
背景技术
胸腔穿刺是指用消毒过的针刺经皮肤、肋间组织、壁层胸膜穿刺进入胸膜腔的操作。在肺科的临床工作中，胸腔穿刺是一个比较常见，又是方便简易的一种诊断和治疗方法。胸腔穿刺的作用有以下几方面：一、诊断性穿刺。对于胸水诊断不明、性质难以确定或者胸腔内有肿块，需要进行细胞学检查予以明确诊断的，可以进行诊断性的穿刺。二、治疗性穿刺。对于大量胸腔积液产生的压迫症状，或者胸部损伤造成的闭合性气胸、血胸，或者急性脓胸的早期，均可以进行治疗性的穿刺，缓解病人的症状。三、胸膜腔内给药。对于一些胸膜炎或者胸部肿瘤的病人，可以进行胸腔穿刺，向胸腔内注入抗生素或者抗肿瘤药物进行治疗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统，以克服现有教学体系中过于片面、不够直观的缺陷。为实现上述目的，本发明的技术方案是：用于提供虚拟手术操作环境的虚拟环境单元；用于测试用户理论知识的测试单元；用于模拟多种病患病例的病例库单元；用于提供用户进行穿刺手术操作的手术模拟单元；用于加深用户对手术出错后果印象的手术试错单元。
在本发明一实施例中所述虚拟环境单元通过3Ds Max三维建模软件建立对应的三维模型。
在本发明一实施例中所述测试单元为通过建立UI界面，显示相关理论知识作为选择题题目，在其中进行答案选择。
在本发明一实施例中所述病例库单元为所收集部分胸腔手术患者病例，包括胸腔CT及现病史、禁忌症等内容。
在本发明一实施例中所述操作人员进行手术的穿刺模块包括以下步骤：
步骤S1：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮透明化人体皮肤以确定穿刺位置；
步骤S2：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械进行穿刺点定位；
步骤S3：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮将碘伏倒入棉球中，并选择对应手术器械，进行穿刺部位消毒；
步骤S4：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮为病患铺上洞巾；
步骤S5：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮显示利多卡因，并选择对应手术器械，抽取利多卡因进行穿刺部位麻醉；
步骤S6：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械进行穿刺，穿刺到位后选择对应手术器械抽取胸腔积液；
步骤S7：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械收集胸腔积液；
步骤S8：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械进行再次消毒，并在穿刺部位贴上创可贴。
在本发明一实施例中所述试错单元利用碰撞检测技术检测用户所穿刺部位，并给出相应后果提示。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统，通过建立手术时体位人体模型、手术操作VR交互、UI显示界面，解决实验教学中教学人体模型只有外形无内部且易损坏的问题，有利于医生更清楚了解人体的各组织器官结构。
附图说明
图1为本发明基于虚拟现实技术的胸腔穿刺手术训练系统的系统框架图。
图2为本发明基于虚拟现实技术的胸腔穿刺手术训练系统手术前正坐体位图。
图3本发明基于虚拟现实技术的胸腔穿刺手术训练系统手术过程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提出了一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统，用于提供虚拟手术操作环境的虚拟环境单元；用于测试用户理论知识的测试单元；用于模拟多种病患病例的病例库单元；用于提供用户进行穿刺手术操作的手术模拟单元；用于加深用户对手术出错后果印象的手术试错单元。
进一步的，本实施例中，系统所渲染的手术室环境1∶1还原手术场景，其中包括患者不同体位的三维模型，以求手术的真实性。
进一步的，本实施例中，测试单元包括相关理论知识选择题测试。
进一步的，本实施例中，病例库单元包括患者胸腔CT、现病史、禁忌症等内容。
进一步的，本实施例中，穿刺单元包括：组织器官显隐功能、穿刺点标记功能、穿刺功能。
进一步的，本实施例中，试错单元包括穿刺到骨试错、穿刺到神经试错、穿刺到血管试错。
进一步的，本实施例中，操作人员通过如下步骤进行手术训练操作：
步骤S1：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮透明化人体皮肤以确定穿刺位置；
步骤S2：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械进行穿刺点定位；
步骤S3：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮将碘伏倒入棉球中，并选择对应手术器械，进行穿刺部位消毒；
步骤S4：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮为病患铺上洞巾；
步骤S5：操作人员利用VR手柄控制器点击按钮显示利多卡因，并选择对应手术器械，抽取利多卡因进行穿刺部位麻醉；
步骤S6：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械进行穿刺，穿刺到位后选择对应手术器械抽取胸腔积液；
步骤S7：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械收集胸腔积液；
步骤S8：操作人员利用VR手柄控制器选择对应手术器械进行再次消毒，并在穿刺部位贴上创可贴。
为了让本领域技术人员进一步了解本发明所提出的技术方案，下面结合具体实施例进行说明。
如图1所示，本实施例提供的胸腔穿刺手术训练系统中，硬件设备包括用于显示VR环境的VR头戴式显示器、手柄控制器、定位器以及PC，软件系统包括此胸腔穿刺手术训练系统。操作人员佩戴好VR头戴式显示器，进入系统，即可看到虚拟环境中的虚拟场景，操作人员可根据需求选择相应选项。
操作人员进入虚拟场景，可进入测试单元进行理论学习测试。结束可进入手术单元。
操作人员按照如下步骤进行胸腔穿刺手术：
①操作人员利用手柄控制器点击按钮半透明化人体皮肤以观察手术部位，确定穿刺位置，选择相应手术器械，即记号笔，标记穿刺点。
②消毒手术部位，操作人员点击按钮使棉球上充满碘伏，然后抓取夹子，夹取棉球蘸取碘伏进行手术部位消毒，重复操作2-3次。
③局部浸润麻醉，操作人员点击按钮使利多卡因出现，持麻醉针抽取利多卡因，在手术部位注射利多卡因。
④如图3所示，操作人员左手持棉球，右手持穿刺针，先将穿刺针的两个夹子夹紧以避免穿刺时胸水流出，进针后抓取针筒，释放夹子，用针筒抽取胸水。
⑤穿刺到位将可抽取胸水，操作人员抽完胸水再次夹紧夹子，将胸水从针筒中转移至样本杯中。若穿刺到错误位置，将有UI进行相应提示。
以上为本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统，其特征在于，包括：用于提供虚拟手术操作环境的虚拟环境单元；用于测试用户理论知识的测试单元；用于模拟多种病患病例的病例库单元；用于提供用户进行穿刺手术操作的手术模拟单元；用于加深用户对手术出错后果印象的手术试错单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术训练系统，其特征在于：
所述的虚拟环境单元包括手术室模拟环境以及室内专用手术器械和所需的药品，并含有正坐普通台椅体位与胸前穿刺椅体位的人体模型；
所述测试单元包括胸穿穿刺手术一系列理论知识，包括适应症、禁忌症等；
所述病例库单元包括帮助医生了解病患当前情况的胸部CT扫描图像、现病史及病患需签署的知情同意书的UI界面；
所述手术模拟单元包括在多方向放置摄像机，观察穿刺手术过程中穿刺针进针过程和进针结果。
所述试错单元包括用户穿刺到错误位置时所可能产生的后果。
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实平台的胸腔穿刺手术手术训练系统，其特征在于：
所述手术模拟单元包括如下操作步骤：
步骤S1：操作人员进入手术模拟场景模块时，调取手术所需的手术器械和所需的药品；
步骤S2：通过UI界面选择显隐当前病患人体皮肤来观察穿刺部位，用记号笔确定穿刺点，若标记错误可选择重新定位；
步骤S3：通过UI界面选择利多卡因或碘伏进行消毒与麻醉，保证无菌原则；
步骤S4：穿戴手套，盖上洞巾，拾取穿刺针开始穿刺，在穿刺到点时手柄产生震动，通过穿刺针管连接的注射器抽取积液；
步骤S5：抽液结束后，点击无菌纱布进行伤口覆盖。
所述试错单元包括以下步骤：
步骤S1：系统检测到用户穿刺到神经，则人体轻微抖动，并伴随UI显示“穿刺到神经”，同时播放“医生，疼”的音效；
步骤S2：系统检测到用户穿刺到骨，则UI显示“穿刺到骨，无法继续穿刺”；
步骤S3：系统检测到用户穿刺到血管，则UI显示“穿刺到血管，引发出血”，并伴有血液流出。
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