CN113838332B - 一种基于虚拟现实的手术训练设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的手术训练设备，包括VR眼镜，还包括有基座，所述基座上设置有用于模拟手术刀切口开缝使用的模拟切开装置，且该所述模拟切开装置在模拟手术刀切口的同时，可针对不同切开位置和不同患者的肌肉情况而改变其切开模拟的力度大小，此基于虚拟现实的手术训练设备，通过设置的模拟切开装置与驱动件的使用，可在基于虚拟现实技术进行手术的模拟训练时，利用模拟切开装置来模拟手术刀对不用患者的不同皮肤位置的切开训练，很好的兼顾了手术过程中所可能出现的各种切口过程，而配合驱动件来实时切换不同切口方向，更进一步的训练了不同切口情况下的切口手法训练，进而提供更加真实且贴合实际手术现场的手术刀切口训练能力。

Description

一种基于虚拟现实的手术训练设备

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体为一种基于虚拟现实的手术训练设备。

背景技术

所谓虚拟现实，顾名思义，就是虚拟和现实相互结合。从理论上来讲，虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。

随着社会的进步以及科技的发展，虚拟现实在医学上的应用越来越多，而虚拟现实在医学上的应用主要起源于医务人员对复杂三维医学解剖体数据的可视化需求，进而发展到能对可视化的数据进行实时操作，从而建立可供手术和手术前规划使用的虚拟环境，在医学手术教学和仿真训练等方面，虚拟现实技术有着不可替代和令人鼓舞的应用前景。

然而，针对目前临床上所用的基于虚拟现实的手术训练装置，其基本上涉及的都是对整个手术过程及手术手法的熟悉训练，却忽略了整个手术过程中不同患者和不同位置用手术刀切开时的手感问题，而针对不同患者和不同位置的手术切开，其切开的阻力和所需力度都是不同的，且切开的伤口大小和深度又直接影响手术质量，为此，我们提出一种基于虚拟现实的手术训练设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实的手术训练设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于虚拟现实的手术训练设备，包括VR眼镜，

还包括有基座，所述基座上设置有用于模拟手术刀切口开缝使用的模拟切开装置，且该所述模拟切开装置在模拟手术刀切口的同时，可针对不同切开位置和不同患者的肌肉情况而改变其切开模拟的力度大小；

并在所述基座和模拟切开装置之间设置有能够驱动所述模拟切开装置改变其实时切开方向的驱动件，以驱使所述模拟切开装置模拟肢体各位置及各方向的手术刀切口训练。

作为优选，所述模拟切开装置包括有一承载座，所述承载座上设置有一平直的凹槽一，所述凹槽一内设置有一平直的滑座一，所述滑座一高度尺寸小于凹槽一的深度尺寸，且所述滑座一上设置有模拟手术刀握持的刀柄；

在所述凹槽一内设置有连接件一，所述滑座一利用连接件一悬浮在所述凹槽一内，且所述连接件一可改变使所述滑座一悬浮的浮力来改变握持所述刀柄下压时的所需力度；

并在所述凹槽一内还设置有与滑座一表面接触的连接件二，所述连接件二用于改变滑座一移动时在移动方向上的阻力。

作为优选，所述连接件一包括设置在所述滑座一底部的第一磁铁，并在所述凹槽一底部内壁处设置有与其对应的第一电磁铁；

所述凹槽一槽口位置小于滑座一顶部的截面尺寸，以将所述滑座一限制在凹槽一内不可与其脱离，通过设置所述第一电磁铁与第一磁铁相对面磁极相同，以使所述滑座一悬浮在凹槽一的槽口位置，在握持所述刀柄克服互斥磁力下压滑座一时来模拟切开。

作为优选，在所述滑座一侧壁上开设有贯穿的通槽，所述连接件二包括有设置在所述通槽内的隔板，所述隔板上贯穿设置有第二电磁铁；

还包括有分别设置在所述通槽两端槽口位置的顶板，在所述顶板和隔板之间均设置有伸缩杆一，以使所述顶板定向移位，且在所述顶板和隔板之间还设置有拉簧；

并在两个所述顶板内侧均设置有第二磁铁，所述第二磁铁及第二电磁铁相对一侧的磁极相反，以顶动两个所述顶板与凹槽一内壁接触。

作为优选，在所述滑座一顶部设置有一套筒，所述套筒倾斜设置，且其倾斜角度与握持手术刀切口时角度相同；

所述套筒上设置有贯穿的通孔，且在所述刀柄上相应设置有贯穿的安装孔，并在所述套筒上设置有插杆，所述插杆穿过通孔及安装孔后对刀柄进行可拆安装。

作为优选，在所述套筒任意一侧设置有插座，所述插座内侧设置有与通孔对应的插孔，所述插孔内设置有第三磁铁，所述插杆采用铁质材料制成，所述插杆从套筒未设置有插座的一侧插入，并在插入后利用所述第三磁铁吸附铁质插杆来对插杆进行定位；

并在所述插杆上设置有拉环。

作为优选，所述驱动件包括有设置在所述承载座上的驱动轴；

所述基座内设置有空腔，所述驱动轴穿过空腔顶部内壁并延伸至空腔内部，且与其转动连接；

在所述空腔内设置有驱动电机，所述驱动电机输出端设置有小径齿轮，且所述驱动轴位于空腔内的一端设置有与小径齿轮咬合的大径齿轮，以低速旋转所述承载座来调整刀柄方向。

作为优选，在所述承载座表面靠近凹槽一两侧的位置均设置有凹槽二，所述凹槽二内均设置有滑座二，所述滑座二顶部设置有仿真皮肤层，且所述滑座远离凹槽一的一侧均设置有伸缩杆二，所述伸缩杆二安装在所述凹槽二内；

并在所述滑座二设有伸缩杆二的一侧设置有第四磁铁，且所述凹槽二正对第四磁铁的内壁上设置有第三电磁铁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过设置的模拟切开装置与驱动件的使用，可在基于虚拟现实技术进行手术的模拟训练时，利用模拟切开装置来模拟手术刀对不用患者的不同皮肤位置的切开训练，很好的兼顾了手术过程中所可能出现的各种切口过程，而配合驱动件来实时切换不同切口方向，更进一步的训练了不同切口情况下的切口手法训练，进而提供更加真实且贴合实际手术现场的手术刀切口训练能力。

2、由于在实际手术过程中利用手术刀进行开口切缝时需要首先将该位置皮肤绷紧，其属于一个完整的手术切口过程，本方案在此利用设置的仿真皮肤层，可在握持手柄进行训练时，利用另一手同时的拨开两个仿真皮肤层，且各兼顾不同患者的不同皮肤表层的紧致情况以相应的调整力度，以更加真实的模拟手术切口过程，以有效提高模拟训练效果。

附图说明

图1为本发明VR眼镜结构示意图；

图2为本发明模拟切开装置结构示意图；

图3为本发明图2平面局剖结构示意图；

图4为本发明图2局部爆炸结构示意图；

图5为本发明图2立体局剖结构示意图；

图6为本发明图5平面结构示意图；

图7为本发明滑座一及刀柄结构示意图；

图8为本发明图7立体局剖结构示意图；

图9为本发明图8另一方位结构示意图；

图10为本发明图7局部爆炸结构示意图；

图11为本发明套筒结构示意图；

图12为本发明插座结构示意图。

图中：1-VR眼镜；2-基座；3-模拟切开装置；31-承载座；32-凹槽一；33-滑座一；34-刀柄；4-驱动件；41-驱动轴；42-空腔；43-驱动电机；44-小径齿轮；45-大径齿轮；5-连接件一；51-第一磁铁；52-第一电磁铁；6-连接件二；61-通槽；62-隔板；63-第二电磁铁；64-顶板；65-拉簧；66-第二磁铁；67-伸缩杆一；7-套筒；71-通孔；72-安装孔；73-插杆；74-插座；75-插孔；76-第三磁铁；77-拉环；8-凹槽二；81-滑座二；82-仿真皮肤层；83-伸缩杆二；84-第四磁铁；85-第三电磁铁；9-控制器一；91-控制器二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：

请参阅附图1-2所示：

一种基于虚拟现实的手术训练设备，包括VR眼镜1，还包括有基座2，基座2上设置有用于模拟手术刀切口开缝使用的模拟切开装置3，且该模拟切开装置3在模拟手术刀切口的同时，可针对不同切开位置和不同患者的肌肉情况而改变其切开模拟的力度大小；

并在基座2和模拟切开装置3之间设置有能够驱动模拟切开装置3改变其实时切开方向的驱动件4，以驱使模拟切开装置3模拟肢体各位置及各方向的手术刀切口训练。

通过上述所示，以区别于现有技术，可在基于虚拟现实技术进行手术的模拟训练时，利用模拟切开装置3来模拟手术刀对不用患者的不同皮肤位置的切开训练，很好的兼顾了手术过程中所可能出现的各种切口过程，而配合驱动件4来实时切换不同切口方向，更进一步的训练了不同切口情况下的切口手法训练，进而提供更加真实且贴合实际手术现场的手术刀切口训练能力

参阅附图3-4所示：

模拟切开装置3包括有一承载座31，承载座31上设置有一平直的凹槽一32，凹槽一32内设置有一平直的滑座一33，滑座一33高度尺寸小于凹槽一32的深度尺寸，通过这样的设计，以使得滑座一33可在凹槽一32内纵向升降，且滑座一33上设置有模拟手术刀握持的刀柄34，刀柄34用于模拟真实的手术刀，这样在握持刀柄34时能够使其更加真实，进而提高其训练质量，便于应对临床手术；

在凹槽一32内设置有连接件一5，滑座一33利用连接件一5悬浮在凹槽一32内，且连接件一5可改变使滑座一33悬浮的浮力来改变握持刀柄34下压时的所需力度，这样在实际训练过程中，可利用下压力度的改变来模拟不同患者的不同位置皮肤表层的刺破切口力度；

并在凹槽一32内还设置有与滑座一33表面接触的连接件二6，连接件二6用于改变滑座一33移动时在移动方向上的阻力，进而利用滑座一33移动阻力的变化，以模拟不同患者的不同位置的肢体移动切口的状况。

参阅附图4及附图7所示：

连接件一5包括设置在滑座一33底部的第一磁铁51，并在凹槽一32底部内壁处设置有与其对应的第一电磁铁52；

凹槽一32槽口位置小于滑座一33顶部的截面尺寸，以将滑座一33限制在凹槽一32内不可与其脱离，通过设置第一电磁铁52与第一磁铁51相对面磁极相同，以使滑座一33悬浮在凹槽一32的槽口位置，在握持刀柄34克服互斥磁力下压滑座一33时来模拟切开，在实际模拟训练过程中，可实时改变第一电磁铁52的通行电流大小，进而改变其磁性强弱，以达到改变其与第一磁铁51之间互斥磁力大小，从而实现改变握持刀柄34下压时的力度大小。

同样参阅附图4及附图附图8-9所示：

在滑座一33侧壁上开设有贯穿的通槽61，连接件二6包括有设置在通槽61内的隔板62，隔板62上贯穿设置有第二电磁铁63；

还包括有分别设置在通槽61两端槽口位置的顶板64，在顶板64和隔板62之间均设置有伸缩杆一67，以使顶板64定向移位，且在顶板64和隔板62之间还设置有拉簧65；

并在两个顶板64内侧均设置有第二磁铁66，第二磁铁66及第二电磁铁63相对一侧的磁极相反，以顶动两个顶板64与凹槽一32内壁接触，通过上述设计，利用第二电磁铁63磁性强弱的改变，以顶动其顶板64与凹槽一32侧壁接触，由于顶板64与凹槽一32之间接触挤压力度大小直接影响着顶板64与凹槽一32侧壁之间的摩擦力大小，进而通过第二电磁铁63磁性改变来改变其与第二磁铁66之间的互斥磁力，达到改变顶板64移动阻力的目的，以模拟手术刀在患者身上移动切口时的阻力大小，从而保证真实，以提高训练效果。

参阅附图10-12所示：

在滑座一33顶部设置有一匹配刀柄34的套筒7，套筒7倾斜设置，且其倾斜角度与握持手术刀切口时角度相同，以尽可能的模拟真实的手术现场；

套筒7上设置有贯穿的通孔71，通孔71为圆形孔结构，但不局限，且在刀柄34上相应设置有贯穿的安装孔72，并在套筒7上设置有插杆73，插杆73穿过通孔71及安装孔72后对刀柄34进行可拆安装。

进一步的，在套筒7任意一侧设置有插座74，插座74内侧设置有与通孔71对应的插孔75，插孔75内设置有第三磁铁76，插杆73采用铁质材料制成，插杆73从套筒7未设置有插座74的一侧插入，并在插入后利用第三磁铁76吸附铁质插杆73来对插杆73进行定位，这样在利用第三磁铁76可直接吸附铁质插杆73，避免其在无外力作用时自行脱离，保证其对刀柄34的稳定定位，且在更换刀柄34时，直接拉动插杆73移位即可，进而能够方便且快速的对刀柄34进行更换，无论是考虑到刀柄34损坏或更换不同尺寸手术刀来模拟或是为了清洁的角度，都能够有效方便其拆装更换使用；

更进一步的，在插杆73上设置有拉环77，通过拉环77的设计，以方便插杆73的拉动，以更加方便刀柄34的拆装更换使用。

参阅附图5-6所示：

驱动件4包括有设置在承载座31上的驱动轴41；

基座2内设置有空腔42，驱动轴41穿过空腔42顶部内壁并延伸至空腔42内部，且与其转动连接；

在空腔42内设置有驱动电机43，驱动电机43输出端设置有小径齿轮44，且驱动轴41位于空腔42内的一端设置有与小径齿轮44咬合的大径齿轮45，以利用小径齿轮44驱动大径齿轮45的的方式来减速，以低速旋转承载座31来精准调整刀柄34方向。

参阅附图2所示：

在承载座31表面靠近凹槽一32两侧的位置均设置有凹槽二8，凹槽二8内均设置有滑座二81，滑座二81顶部设置有仿真皮肤层82，仿真皮肤层82的设置，以使得实际模拟过程中在肢体接触时，以更加真实的模拟手术现场，提高训练质量，且滑座远离凹槽一32的一侧均设置有伸缩杆二83，伸缩杆二83安装在凹槽二8内；

并在滑座二81设有伸缩杆二83的一侧设置有第四磁铁84，且凹槽二8正对第四磁铁84的内壁上设置有第三电磁铁85，这样可利用手指拨块两个滑座二81，以达到模拟实际手术过程中紧绷切口位置皮肤的目的，提高真实性。

本方案在模拟训练使用时，佩戴VR眼镜1来进行虚拟现实模拟，模拟时，。一手握持刀柄34，另一手拨块按住两个滑座二81上的仿真皮肤层82，并拨块，然后驱使刀柄34移动即可，移动过程中，分别利用连接件一5和连接件二6来模拟不同患者的不同位置的切口阻力，且同时驱动件4可改变刀柄34实时移动方向，及模拟手术现场不同方向开口的切开模拟。

参阅附图4所示：

需要说明的是，本申请中在承载座31表面的两侧分别嵌入设置有控制器一9和控制器二91，其中控制器一91用于控制驱动电机43来改变刀柄34走向，而控制器二92则用于控制各电磁铁的实时磁性强弱。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于虚拟现实的手术训练设备，包括VR眼镜（1），其特征在于：

还包括有基座（2），所述基座（2）上设置有用于模拟手术刀切口开缝使用的模拟切开装置（3），且该所述模拟切开装置（3）在模拟手术刀切口的同时，可针对不同切开位置和不同患者的肌肉情况而改变其切开模拟的力度大小；

并在所述基座（2）和模拟切开装置（3）之间设置有能够驱动所述模拟切开装置（3）改变其实时切开方向的驱动件（4），以驱使所述模拟切开装置（3）模拟肢体各位置及各方向的手术刀切口训练，所述模拟切开装置（3）包括有一承载座（31），所述承载座（31）上设置有一平直的凹槽一（32），所述凹槽一（32）内设置有一平直的滑座一（33），所述滑座一（33）高度尺寸小于凹槽一（32）的深度尺寸，且所述滑座一（33）上设置有模拟手术刀握持的刀柄（34）；

在所述凹槽一（32）内设置有连接件一（5），所述滑座一（33）利用连接件一（5）悬浮在所述凹槽一（32）内，且所述连接件一（5）可改变使所述滑座一（33）悬浮的浮力来改变握持所述刀柄（34）下压时的所需力度；

并在所述凹槽一（32）内还设置有与滑座一（33）表面接触的连接件二（6），所述连接件二（6）用于改变滑座一（33）移动时在移动方向上的阻力。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的手术训练设备，其特征在于：所述连接件一（5）包括设置在所述滑座一（33）底部的第一磁铁（51），并在所述凹槽一（32）底部内壁处设置有与其对应的第一电磁铁（52）；

所述凹槽一（32）槽口位置小于滑座一（33）顶部的截面尺寸，以将所述滑座一（33）限制在凹槽一（32）内不可与其脱离，通过设置所述第一电磁铁（52）与第一磁铁（51）相对面磁极相同，以使所述滑座一（33）悬浮在凹槽一（32）的槽口位置，在握持所述刀柄（34）克服互斥磁力下压滑座一（33）时来模拟切开。

3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实的手术训练设备，其特征在于：在所述滑座一（33）侧壁上开设有贯穿的通槽（61），所述连接件二（6）包括有设置在所述通槽（61）内的隔板（62），所述隔板（62）上贯穿设置有第二电磁铁（63）；

还包括有分别设置在所述通槽（61）两端槽口位置的顶板（64），在所述顶板（64）和隔板（62）之间均设置有伸缩杆一（67），以使所述顶板（64）定向移位，且在所述顶板（64）和隔板（62）之间还设置有拉簧（65）；

并在两个所述顶板（64）内侧均设置有第二磁铁（66），所述第二磁铁（66）及第二电磁铁（63）相对一侧的磁极相反，以顶动两个所述顶板（64）与凹槽一（32）内壁接触。

4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实的手术训练设备，其特征在于：在所述滑座一（33）顶部设置有一套筒（7），所述套筒（7）倾斜设置，且其倾斜角度与握持手术刀切口时角度相同；

所述套筒（7）上设置有贯穿的通孔（71），且在所述刀柄（34）上相应设置有贯穿的安装孔（72），并在所述套筒（7）上设置有插杆（73），所述插杆（73）穿过通孔（71）及安装孔（72）后对刀柄（34）进行可拆安装。

5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟现实的手术训练设备，其特征在于：在所述套筒（7）任意一侧设置有插座（74），所述插座（74）内侧设置有与通孔（71）对应的插孔（75），所述插孔（75）内设置有第三磁铁（76），所述插杆（73）采用铁质材料制成，所述插杆（73）从套筒（7）未设置有插座（74）的一侧插入，并在插入后利用所述第三磁铁（76）吸附铁质插杆（73）来对插杆（73）进行定位；

并在所述插杆（73）上设置有拉环（77）。

6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟现实的手术训练设备，其特征在于：所述驱动件（4）包括有设置在所述承载座（31）上的驱动轴（41）；

所述基座（2）内设置有空腔（42），所述驱动轴（41）穿过空腔（42）顶部内壁并延伸至空腔（42）内部，且与其转动连接；

在所述空腔（42）内设置有驱动电机（43），所述驱动电机（43）输出端设置有小径齿轮（44），且所述驱动轴（41）位于空腔（42）内的一端设置有与小径齿轮（44）咬合的大径齿轮（45），以低速旋转所述承载座（31）来调整刀柄（34）方向。

7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟现实的手术训练设备，其特征在于：在所述承载座（31）表面靠近凹槽一（32）两侧的位置均设置有凹槽二（8），所述凹槽二（8）内均设置有滑座二（81），所述滑座二（81）顶部设置有仿真皮肤层（82），且所述滑座远离凹槽一（32）的一侧均设置有伸缩杆二（83），所述伸缩杆二（83）安装在所述凹槽二（8）内；

并在所述滑座二（81）设有伸缩杆二（83）的一侧设置有第四磁铁（84），且所述凹槽二（8）正对第四磁铁（84）的内壁上设置有第三电磁铁（85）。

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