CN204423674U - 关节镜体外模拟训练系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种关节镜体外模拟训练系统，关节镜体外模拟训练系统包括显示装置、LED光源、摄像模块、关节镜以及训练模块，训练模块用于受训者使用关节镜进行模拟操作，训练模块采用磁性耦合。将关节镜视野范围内的景象通过摄像系统采集放大，实时转化到显示系统上，受训者在观察显示系统上的实时影像进行控制操作器械在训练模块上进行手术模拟操作。采用真实的关节镜、器械以及逼真的解剖模型，让学习者在可控的、等效的体外关节模拟环境中使用关节镜进行手术操作训练，体验临床手术时的操作手感和方向感，提高学习者的操作熟练度，从而大大缩短关节镜的学习曲线；训练模块采用磁性耦合，能够快速组装、更换训练模块，提高训练的效率。

Description

关节镜体外模拟训练系统

技术领域

本实用新型涉及医疗教学设备领域，尤其涉及一种关节镜体外模拟训练系统。

背景技术

关节镜技术是一种应用于关节疾病诊断和治疗的方法，它改变了传统关节疾病的诊断和治疗方式。

关节镜是一种观察关节内部结构的直径5mm左右的棒状光学器械，是用于诊治关节疾患的内窥镜。该器械从1970年开始推广应用。关节镜在一根细管的端部装有一个透镜，将细管插入关节内部，关节内部的结构便会在监视器上显示出来，可以直接观察到关节内部的结构。关节镜不仅用于疾病的诊断，而且已经广泛用于关节疾病的治疗。关节镜手术是一种微创手术，开始主要应用于膝关节，后相继应用于髋关节，肩关节，踝关节，肘关节及手指等小关节等。

由于关节镜手术需经小切口用精细和易损的器械进行操作，且在狭小的关节间隙内操作器械可能对关节软骨产生明显磨损和划痕，因此对手术医生要求较高，操作难度较大，需要医生进行大量的训练才能熟练掌握手，眼协调，及视野与手术器械操作的配合。

与快速发展的手术需求相比，缺乏熟练掌握关节镜手术的医生是制约关节镜手术普及发展的一个瓶颈，如何提供一种快捷有效的方式对关节镜手术操作人员进行训练与培养，以缩短知识获取的时间和成本。

关节镜训练目前有：实际手术操作、尸体操作训练、动物操作训练、虚拟现实技术建立的手术仿真训练系统及体外模拟训练五种，其中实际手术操作在病人身上练习风险较高；尸体和动物操作训练成本昂贵；虚拟现实仿真系统采用仿真界面来模拟显示真实关节内窥镜手术中可能遇到的情景，虽然虚拟现实仿真系统能较好地训练初学者的认知能力和理论知识，但无法从根本上训练初学者的手眼协调能力；而现有的关节镜体外模拟训练系统采用显示器加摄像控制主机加摄像头或笔记本电脑和摄像头作为显示系统，光源系统多采用冷光源主机及光缆，结构复杂，成本高。

本领域技术人员致力于提供一种结构简单、成本低、操作方便的关节镜体外模拟训练系统，快捷有效地对关节镜手术操作人员进行训练与培养，以缩短知识获取的时间和成本。

发明内容

针对现有技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种关节镜体外模拟训练系统，采用真实的关节镜、器械以及逼真的解剖模型，让学习者在可控的、等效的体外关节模拟环境中使用关节镜进行手术操作训练，体验临床手术时的操作手感和方向感，提高学习者的操作熟练度，从而大大缩短关节镜的学习曲线。

本实用新型提供一种关节镜体外模拟训练系统，关节镜体外模拟训练系统包括显示装置、LED光源、摄像模块、关节镜以及训练模块，显示装置、摄像系统与关节镜依次连接，LED光源与关节镜连接，训练模块用于受训者使用关节镜进行模拟操作，训练模块采用磁性耦合。

采用LED光源、定制的摄像模块，虽然LED光源提供的照明亮度低于手术使用的冷光源提供的照明亮度，定制的摄像模块提供的视频图像分辨率也低于手术使用设备的视频图像分辨率，但能够满足对关节镜手术操作人员进行训练与培养的要求，因而能够大大降低关节镜体外模拟训练系统的成本。

训练模块采用磁性耦合，只要训练模块接近，即可吸合，使得训练模块组装、更换更加方便、快速，提高了对关节镜手术操作人员进行训练与培养的效率。

摄像装置为集成摄像头，采用电荷耦合器件图像传感器CCD(Charge CoupledDevice)。

进一步地，显示装置为集成显示器，集成显示器为薄膜场效应晶体管TFT(Thin Film Transistor)，属于有源矩阵液晶显示器中的一种，能够“主动地”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这样可以大大提高响应速度。

进一步地，关节镜体外模拟训练系统还包括处理器模块与输入模块

进一步地，训练模块包括底座、外罩以及设置于底座与外罩之间的基本操作训练模块与手术操作训练模块。

进一步地，基本操作训练模块和/或手术操作训练模块采用表盘式十二等分法沿周向设置标志，模拟人体的方向，使受训者更准确有效地判断手术位置。

进一步地，基本操作训练模块包括迷宫模块、带线锚钉模块、打结模块以及游离体模块中的一种或多种。

进一步地，手术操作训练模块包括半月板切除训练模块、半月板缝合训练模块以及盂肱关节缝合训练模块中的一种或多种。

进一步地，外罩的外形为半椭球形或关节形状，外罩上设置多个进入口。

进一步地，外罩包括透明外罩和/或不透明外罩。

进一步地，关节镜体外模拟训练系统还包括打结测试器，用于测试受训者打的结是否合格，以提高受训者打结的质量。

与现有技术相比，本实用新型提供的关节镜体外模拟训练系统具有以下有益效果：

(1)采用真实的关节镜、器械以及逼真的解剖模型，让学习者在可控的、等效的体外关节模拟环境中使用关节镜进行手术操作训练，体验临床手术时的操作手感和方向感，提高学习者的操作熟练度，从而大大缩短关节镜的学习曲线；

(2)训练模块采用磁性耦合，能够快速组装、更换训练模块，提高训练的效率；

(3)采用表盘式十二等分法的数字标志，可以很好的模拟人体的方向，使受训者更准确有效的判断手术位置；

(4)包括基本操作训练模块与手术操作训练模块，对受训者分别进行基本操作与手术操作的训练；

(5)训练模块中包括透明外罩、不透明外罩，半椭球形或关节形状的外罩，外罩上设置多个进入口，能够循序渐进地安排训练。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的关节镜体外模拟训练系统的连接关系图；

图2是训练模块的底座的透视图；

图3是训练模块的底座的剖视图；

图4是训练模块中的垫块的透视图；

图5是训练模块的外罩的透视图；

图6是训练模块中的迷宫模块的俯视图；

图7是训练模块中的带线锚钉模块的透视图；

图8是训练模块中的打结模块的俯视图；

图9是训练模块中的打结模块的右视图；

图10是训练模块中的游离体模块的俯视图；

图11是训练模块中的半月板切除训练模块的正视图；

图12是训练模块中的半月板缝合训练模块的透视图；

图13是训练模块中的盂肱关节缝合训练模块的透视图；

图14是打结测试器的透视图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的一个实施例的关节镜体外模拟训练系统，包括显示装置1、LED光源2、摄像模块3、关节镜4以及训练模块，显示装置1、摄像系统2与关节镜3依次连接，LED光源2与关节镜4连接，训练模块用于受训者使用关节镜进行模拟操作，训练模块采用磁性耦合。

摄像系统2与关节镜3通过耦合器5连接。

显示装置1与摄像模块3共用一个电源适配器6，将电源适配器6分线接头一端连接到摄像模块3，电源适配器6分线接头另一端接在显示装置1的电源插孔，将摄像模块3的视频线旋入显示装置1的视频插孔。

采用LED光源2、定制的摄像模块3，虽然LED光源2提供的照明亮度低于手术使用的冷光源提供的照明亮度，定制的摄像模块3提供的视频图像分辨率也低于手术使用设备的视频图像分辨率，但能够满足对关节镜手术操作人员进行训练与培养的要求，因而能够大大降低关节镜体外模拟训练系统的成本。

训练模块采用磁性耦合，只要训练模块接近，即可吸合，使得训练模块组装、更换更加方便、快速，提高了对关节镜手术操作人员进行训练与培养的效率。

显示单元为集成显示器，集成显示器为薄膜场效应晶体管TFT，属于有源矩阵液晶显示器中的一种，能够“主动地”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这样可以大大提高响应速度。

训练模块包括底座71、外罩72以及设置于底座与外罩之间的基本操作训练模块与手术操作训练模块。

如图2-3所示，底座71用于固定训练模块与外罩72。

底座71包括小圆盘711、底座主体712、齿轮转盘713以及脚垫714，小圆盘711与齿轮转盘713通过安装在孔7112中的螺钉固定，当拨动齿轮转盘713时小圆盘711也随着转动，便于调整训练模块的位置。

脚垫714用于支撑底座71。

小圆盘711上设置四个通孔7111，每个通孔7111中放置一块强力磁铁，用于提供磁力，吸引基本操作训练模块或手术操作训练模块底部设置的螺钉，使得基本操作训练模块或手术操作训练模块与小圆盘711磁性耦合。

底座主体712上沿椭圆周向设置8个通孔7121，每个通孔7121中放置一块强力磁铁，用于提供磁力，吸引外罩72底部设置的螺钉，使得外罩72与底座主体712磁性耦合。

底座主体712上还包括碰珠7122，用于固定齿轮转盘713的位置。

训练模块还包括垫块710，用于调整基本操作训练模块或手术操作训练模块的高度。图4为垫块710从底部看的透视图，垫块710底部设置四个螺钉，与底座71的小圆盘711磁性耦合；垫块710设置四个通孔7102，每个通孔7102中放置一块强力磁铁，用于提供磁力，使得基本操作训练模块或手术操作训练模块与垫块710磁性耦合。

如图5所示，外罩72为半椭球形，罩在基本操作训练模块或手术操作训练模块上，外罩72上设置多个进入口721，用于模拟关节镜手术中不同的手术进入路径。

外罩72可以是透明外罩，也可以是不透明外罩。

透明外罩用于初级训练，不透明外罩遮挡了直接看到训练模块的视线，受训者只能通过显示装置1看到训练模块，更加接近于手术中的操作，采用不透明外罩为难度更高的训练。

外罩72也可以为关节形状，例如膝关节、肩关节、髋关节等，在通常手术中开口的位置设置进入口，以便进行更接近实际手术操作的训练。

基本操作训练模块包括迷宫模块73、带线锚钉模块74、打结模块75以及游离体模块76中的一个或它们的组合，如图6-9所示。

如图6所示，迷宫模块73上设置运行路径731，受训者通过观察显示装置1上显示的图像，控制关节镜4与手术器械沿运行路径731移动，掌握三角定位技术。

迷宫模块73上还包括采用表盘式十二等分法沿周向设置标志732，用于模拟人体的方向，使受训者更准确有效地判断手术位置。

如图7所示，带线锚钉模块74包括设置与中部的卡槽741，用于卡接骨头模型742与模拟软组织模型743，骨头模型742与软组织模型743为耗材，用于训练关节镜手术中通过带线锚钉将软组织缝合到骨头上。

如图8、图9所示，打结模块75包括三个打结环751，用于训练受训者在关节镜下打结，打结模块75还包括与操作平台平行设置的打结柱752，打结柱752的外径为10毫米。

本实施例的关节镜体外模拟训练系统还包括打结测试器8，用于测试受训者打的结是否合格，以提高受训者打结的质量。如图14所示，在打结柱752上打的结可以取下，放到打结测试器8上测试是否合格。

如图10所示，游离体模块76包括多个半球形凹部761，训练时将小钢珠放入部分半球形凹部761，训练时受训者一手控制关节镜4，一手控制持物钳，将小钢珠夹持后移动到另一半球形凹部761中，以训练摘除游离体的操作。

手术操作训练模块包括半月板切除训练模块77、半月板缝合训练模块78以及盂肱关节缝合训练模块79，如图11-13所示。

如图11所示，半月板切除训练模块77包括胫骨平台模块771和半月板成型模块772，半月板成型模块772采用弹性材料制作，套在胫骨平台模块771上。

本实施例中，半月板成型模块772采用硅胶制作。

半月板切除训练模块77用于训练受训者进行半月板切除操作。

如图12所示，半月板缝合训练模块78包括骨头模型781、软组织模型782以及固定件783，固定件783用于固定软组织模型782，软组织模型782为耗材。

固定骨头模型781上设置多个通孔，受训者将软组织模型782与骨头模型781缝合。

如图13所示，盂肱关节缝合训练模块79包括一对半圆环791、分度销792、骨头模型793以及软组织模型794，其中骨头模型793与软组织模型794为耗材，一对半圆环791用于固定骨头模型793，分度销792用于调节半圆环791的倾斜角度，模拟手术中盂肱关节的不同手术位置。

本实施例的关节镜体外模拟训练系统的使用过程如下：

训练前的准备工作：

(1)选定一个合适的操作平台，将关节镜体外模拟训练系统的显示装置1、LED光源2、摄像模块3以及关节镜4依次连接

(2)显示装置1与摄像模块3共用一个电源适配器6，将电源分线接头一端连接摄像模块3，电源适配器6分线接头的另一端接在显示装置1的电源插孔，将摄像模块3的视频线旋入显示装置的视频插孔中；

(3)连接LED光源与关节镜；

(4)接通电源。

连接完成后，可以将关节镜4视野范围内的景象通过摄像模块3采集放大，实时传送到显示装置1上。受训者在观察显示装置1上的实时影像，控制操作器械在训练模块上进行手术模拟操作。

训练过程：

(1)选取一个训练模块，安装在底座71上，再将外罩72，固定在底座71上；

(2)受训者一手控制关节镜4，一手控制手术器械，分别从外罩72的进入口721进入，在训练模块上进行相应的操作。

以下简述几个手术模拟训练过程：

关节镜三维训练

关节镜操作是在二维显像放大投影的基础上，凭借手部的复杂及精细运动来实现的。在关节镜放大显像下，对于习惯于传统开放手术的医生，采用三角定位技术来操作关节镜和手术器械常遇到困难，在狭小的空间内，方向操作如上下运动、左右运动与开发下操作的位置感和力度感完全不一样而易出现方向定位错误。因此在对患者进行临床手术之前必须熟练掌握全部基本的动作技能，以免在治疗过程中引起关节软骨破坏等其他损伤。

本阶段培训系统包含游离体模块76和迷宫模块73，让学习者掌握三角定位技术，熟悉手术器械操作，掌握关节镜基础操作，提高眼手协调度。

膝关节常规操作训练

关节镜手术中最常见的病变部位是膝关节，半月板损伤是膝关节镜中最常见的疾病，半月板的镜检和成型是膝关节镜最常规的操作。本阶段培训系统包含胫骨平台模块和半月板成型模块，可用于训练半月板镜检、半月板缝合、半月板成型等基本关节镜操作技能。

带线锚钉操作训练

在关节镜手术中通过带线锚钉将软组织缝合到骨头上，带线锚钉的缝合能力取决于植入到连接处骨内的角度和深度。

本阶段培训系统采用带线锚钉训练模块74，如图5所示，训练受训者将带线锚钉植入到骨头模型742内这一基本动作技能，并熟练掌握带线锚钉植入时的合适角度和深度。

步骤：

1、使用透明的外罩，在直观的条件下放置带线锚钉，允许学习者直接看到泡沫状骨头模型742，但是需要受训者选择合适的轨道来完成带线锚钉的植入，然后使用可拉伸的力量来测试植入带线锚钉的稳定性。

2、使用不透明的外罩，通过关节镜4和显示装置1进行可视化操作。受训者通过关节镜向泡沫状骨头模型742植入带线锚钉，通过可拉伸的力量来测试植入带线锚钉的稳定性。

缝合操作训练

在肩关节镜手术中有很多挑战，其中最主要的挑战就是缝合技术。

目前缝合技术主要有三种方法：(1)刺和抓、(2)刺和带、(3)刺和梭，只有理解和掌握各种缝合技术方法，受训者才能够更好的完成关节镜软组织修复。

本训练模块是为了训练受训者在关节镜4下使缝合线通过组织这一基本动作技能，而达到外科医生掌握组织缝合的不同技术和方法，并让受训者左右手都能熟练的运用。

步骤：

刺和抓：将装置从软组织无缝线的一边穿刺到有缝线的一边；穿刺过后打开装置的下颌，或者抓紧扩展用的金属圈，捕获目标缝线并从软组织中拉回来。

刺和带：将缝线预先装进装置中，然后从锚钉的一边穿过软组织到另外一边，且存在一个结用于打结。当装置穿过软组织后，拉着缝线从套管中拔出。

刺和梭：这是一种非常全面的技术，可以用于肩关节和肩峰下空腔。这种技术有很强的灵活性，无论是从方向，还是软组织穿透口到缝合铆的距离。

打结训练

打结是关节镜手术中最重要技能操作之一，打结方式、线结牢靠性与患者术中固定、术后康复密切相关。目前临床上并没有任何仪器可以测试线结的牢靠性，从而无法评估临床中线结的效果，为了检查线结的牢靠性，可以使用预设的可拉伸负荷仪，通过测量关节镜下打的线结和负荷测试后线结的尺寸来评估线结是否合格及牢靠。

步骤:

1、关节镜4下进行打结操作；

2、将打好的线结从打结模块752上剥出，并套在打结测试器8的柱84上，如图14所示，柱84在使用时垂直于打结测试器8的底面，评估关节镜下所打的结是否合格(如果结在第一个刻度表示打结合格，如果线结超过第二个刻度表示打结不合格)；

3、将线结套在可拉伸符合测试器81，以50N的力量进行拉伸测试，测试后将结再套在打结测试器的柱84上，评估负荷拉伸测试后的线结是否合格；(如果线结未超过第三个刻度表示线结牢靠；如果线结超过第三个刻度表示线结不牢靠。

拉伸测试的力量大小可以通过调节装置82改变，通过施力装置83将拉伸施加到线结上。

手术器械包括蓝钳、持物钳、探针、刨削器等，应针对不同的手术装配不同的手术器械。

在本实用新型的另一个实施例中，关节镜体外模拟训练系统还包括处理器模块与输入模块，例如使用笔记本电脑进行，能够制定训练计划，同时在进行培训时给出操作提示等相关信息，使训练更加方便。

也可以采用触摸屏进行显示和输入操作，便于受训者使用。

本实用新型提供的关节镜体外模拟训练系统，采用真实的关节镜、器械以及逼真的解剖模型，让学习者在可控的、等效的体外关节模拟环境中使用关节镜进行手术操作训练，体验临床手术时的操作手感和方向感，提高学习者的操作熟练度，从而大大缩短关节镜的学习曲线；训练模块采用磁性耦合，能够快速组装、更换训练模块，提高训练的效率；采用十二等分法的数字标志，可以很好的模拟人体的方向，使受训者更准确有效的判断手术位置；包括基本操作训练模块与手术操作训练模块，对受训者分别进行基本操作与手术操作的训练；训练模块中包括透明外罩、不透明外罩，半椭球形或关节形状的外罩，外罩上设置多个进入口，能够循序渐进地安排训练。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述关节镜体外模拟训练系统包括显示装置、LED光源、摄像模块、关节镜以及训练模块，所述显示装置、所述摄像系统与所述关节镜依次连接，所述LED光源与所述关节镜连接，所述训练模块用于受训者使用关节镜进行模拟操作，所述训练模块采用磁性耦合。

2.如权利要求1所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述摄像模块为集成摄像头，所述集成摄像头为电荷耦合器件图像传感器。

3.如权利要求1所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述显示装置为集成显示器，所述集成显示器为薄膜场效应晶体管。

4.如权利要求1所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述关节镜体外模拟训练系统还包括处理器模块与输入模块。

5.如权利要求1所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述训练模块包括底座、外罩以及设置于所述底座与所述外罩之间的基本操作训练模块和/或手术操作训练模块。

6.如权利要求5所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，基本操作训练模块和/或手术操作训练模块采用表盘式十二等分法沿周向设置标志。

7.如权利要求5所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述基本操作训练模块包括迷宫模块、带线锚钉模块、打结模块以及游离体模块中的一种或多种。

8.如权利要求5所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述手术操作训练模块包括半月板切除训练模块、半月板缝合训练模块以及盂肱关节缝合训练模块中的一种或多种。

9.如权利要求5所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述外罩的外形为半椭球形或关节形状，所述外罩上设置多个进入口。

10.如权利要求5所述的关节镜体外模拟训练系统，其特征在于，所述外罩包括透明外罩和/或不透明外罩。