一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器。該模擬器用來幫助外科醫(yī)生完成腹腔鏡手術(shù)的模擬訓(xùn)練，該模擬器包括如下部件：部件一是金屬框及導(dǎo)軌。金屬框用來支撐整個裝置，導(dǎo)軌則固定在金屬框上支撐起托盤，并使托盤能在導(dǎo)軌上左右滑動或者固定；部件二是金屬托盤及托盤上用來固定力反饋設(shè)備的部分。該部件主要用來托起力反饋設(shè)備，并讓力反饋設(shè)備放到托盤上時能被固定?。徊考莾膳_Phantom?Omni力反饋設(shè)備。它們是該腹腔鏡虛擬手術(shù)模擬器的核心部件；部件四是兩柄跟Phantom?Omni力反饋設(shè)備相連的腹腔鏡手術(shù)鉗。部件五是帶有孔洞的橡膠板，固定在金屬框的上面用來模擬人體肚皮。
【專利說明】一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷拓展和深入,虛擬手術(shù)(Virtual Surgery)及VR手術(shù)模擬器越來越受到人們的關(guān)注。以目前流行的腹腔鏡微創(chuàng)外科為例，這種手術(shù)通過在病人腹部開孔，將手術(shù)器械和攝像頭深入到腹腔內(nèi)，醫(yī)生從電腦屏幕上觀察腹腔狀況并操作手術(shù)器械，能夠極大限度地減小創(chuàng)口，減輕病人的痛苦，縮短病人康復(fù)時間。這種手術(shù)方法給病人帶來了福音，卻對醫(yī)生提出了更高的要求，醫(yī)生必須經(jīng)過充分的訓(xùn)練才能掌握其眼手協(xié)調(diào)能力，勝任相應(yīng)手術(shù)。目前針對這類手術(shù)的訓(xùn)練通常是在尸體、動物或者人工合成物(如硅膠)上進(jìn)行的。尸體能夠提供一個真實的解剖結(jié)果，但是來源稀少，并且尸體跟活體對手術(shù)器械表現(xiàn)出的響應(yīng)并不相同。動物活體能夠表現(xiàn)出真實的響應(yīng)，但費用昂貴，并且在醫(yī)學(xué)倫理道德上越來越受到限制。人工合成物價格便宜，但是不能很好地反應(yīng)軟組織的特性。相比之下，虛擬手術(shù)技術(shù)具有手術(shù)環(huán)境及器械響應(yīng)可控，可重復(fù)演練等多項優(yōu)點，成為未來外科培訓(xùn)的發(fā)展趨勢。醫(yī)生借助VR手術(shù)模擬器進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練及規(guī)劃，可降低手術(shù)訓(xùn)練以及治療的成本和風(fēng)險；減少醫(yī)生培訓(xùn)教學(xué)中對動物和尸體的依賴；提高臨床醫(yī)學(xué)診斷、治療的技能和精度；使得高難度手術(shù)得以更快地普及；減輕患者的治療痛苦、縮短滯院時間、降低醫(yī)療支出。對于緩解目前我國的醫(yī)患矛盾，健全完善具有高科技含量的全民健康體系有著重要意義。
[0003]本發(fā)明設(shè)計了 一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器。使得外科醫(yī)生通過該平臺能在電腦上進(jìn)行各類腹腔鏡手術(shù)的模擬訓(xùn)練。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:提供了一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器。其制作過程包括以下五個步驟:
[0005]步驟(I)、制作金屬框及導(dǎo)軌。尺寸如圖1所示。金屬框的長寬高參數(shù)均為外邊緣尺寸，金屬框材料的厚度為3?4厘米比較合適，材料要求輕便，結(jié)實，耐用，不會生銹。其中金屬條的連接可以用45度三角形金屬塊，通過上螺釘來連接。如果用焊接會不方便拆卸，也不美觀?；壍膶挾仍O(shè)計為7?9厘米，這樣托盤放在上面比較穩(wěn)。滑軌厚度設(shè)計為4?5厘米，方便通過擰緊托盤下的螺釘可以使其固定在滑軌上的某一位置。
[0006]步驟(2)、制作托盤。尺寸如圖2所示，可以先選擇20厘米xl8厘米的長方形塑料板(或者樹脂板)，按圖2中所畫虛線剪掉四個角，形成一個對稱的六邊形。注意:托盤需要有2厘米左右的厚度，因為需要與兩塊“L”型金屬板件通過打孔上螺釘來連接，最后安放到滑軌上。最終這個托盤應(yīng)該能比較好地托住力反饋設(shè)備的底座(見圖4)。
[0007]步驟(3)、制作托盤上用來固定力反饋設(shè)備的金屬板。當(dāng)力反饋設(shè)備放到托盤上時，還需要將其固定住，設(shè)計示意圖如圖3。圖中六邊形是托盤，圓形虛線是力反饋設(shè)備的底座。分別在托盤的四個邊(也就是圖2中的虛線)中心位置處加裝四個金屬板，金屬板的高度為4厘米左右，寬度3厘米左右(這個尺寸不需要很精確，主要是用來加裝螺釘，固定力反饋設(shè)備用的?？紤]到加工方便，也可以用L形金屬板來代替)。在離金屬板上邊緣I厘米的位置處打一個孔，用來上螺釘。螺釘尖端粘上橡膠，最后能擰到跟力反饋設(shè)備的外殼充分貼近，起到固定設(shè)備的作用，且不會劃傷設(shè)備外殼。金屬板的底端打兩個孔，通過螺釘跟托盤連接。其最終效果側(cè)視圖如圖3、圖4所示。
[0008]步驟(4)、在托盤下表面加裝“L”型金屬板。將兩塊“L”型金屬板件通過打孔上螺釘連接到托盤(圖2)，最后安放到滑軌上。兩塊“L”型金屬板之間的距離比滑軌的寬度稍微多一點，并可以通過帶有把手的螺桿進(jìn)行松緊調(diào)節(jié)。最終效果圖如圖5所示。
[0009]步驟(5)、連接力反饋設(shè)備的手柄及腹腔鏡手術(shù)鉗。將力反饋設(shè)備的手柄及腹腔鏡手術(shù)鉗用銅絲及萬能膠連接起來，并在金屬框的上面加裝帶有兩個孔洞的橡膠板模擬人體的肚皮。讓腹腔鏡手術(shù)鉗與力反饋設(shè)備相連時穿過塑料板上的孔洞，最終效果圖如圖6
[0010]所示:
[0011]本發(fā)明的樣機(jī)如圖7所示，與現(xiàn)有的醫(yī)療培訓(xùn)市場上常見的商業(yè)腹腔鏡模擬器硬件相比的優(yōu)點在于:
[0012](I)本發(fā)明設(shè)計的模擬器通過Phantom Omni裝置能夠提供可靠的力反饋。在手術(shù)訓(xùn)練中，外科醫(yī)生除了能觀察到逼真的手術(shù)環(huán)境視覺效果，還能感受到真實的手感和力度。
[0013](2)硬件平臺所用材料簡單、可靠，便于移動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為金屬框及導(dǎo)軌的尺寸；
[0015]圖2為托盤的尺寸(左:正面圖，右:側(cè)面圖)；
[0016]圖3為托盤及固定用金屬板示意圖；
[0017]圖4為托盤、固定用金屬板以及力反饋設(shè)備；
[0018]圖5為滑軌上的托盤效果圖；
[0019]圖6為力反饋設(shè)備與腹腔鏡手術(shù)鉗的連接示意圖；
[0020]圖7a為樣機(jī)的效果圖之一；
[0021]圖7b為樣機(jī)的效果圖之二；
[0022]圖8本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]以下是圖中各個標(biāo)號的說明:
[0024]1.手柄(腹腔鏡手術(shù)鉗)；
[0025]2.橡膠板；
[0026]3.金屬框；
[0027]4.力反饋設(shè)備；
[0028]5.托盤(用來承載，安放力反饋設(shè)備)；
[0029]6.滑軌(固定在金屬框上，托盤可以在上面左右滑動。當(dāng)擰緊托盤下的螺釘可以使其固定在滑軌上的某一位置)；
[0030]7.“L”型金屬板；
[0031]8.金屬板；[0032]9.螺釘；
[0033]10.松緊可調(diào)螺桿；
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器，其詳細(xì)的制作過程包括以下五個步驟:
[0035]步驟(1)、制作金屬框及導(dǎo)軌。尺寸如圖1所示。金屬框的長寬高參數(shù)均為外邊緣尺寸，金屬框材料的厚度為3~4厘米比較合適，材料要求輕便，結(jié)實，耐用，不會生銹。其中金屬條的連接可以用45度三角形金屬塊，通過上螺釘來連接。如果用焊接會不方便拆卸，也不美觀?；壍膶挾仍O(shè)計為7~9厘米，這樣托盤放在上面比較穩(wěn)?；壓穸仍O(shè)計為4~5厘米，方便通過擰緊托盤下的螺釘可以使其固定在滑軌上的某一位置。
[0036]步驟(2)、制作托盤。尺寸如圖2所示，可以先選擇20厘米xl8厘米的長方形塑料板(或者樹脂板)，按圖2中所畫虛線剪掉四個角，形成一個對稱的六邊形。注意:托盤需要有2厘米左右的厚度，因為需要與兩塊“L”型金屬板件通過打孔上螺釘來連接，最后安放到滑軌上。最終這個托盤應(yīng)該能比較好地托住力反饋設(shè)備的底座(見圖4)。
[0037]步驟(3)、制作托盤上用來固定力反饋設(shè)備的金屬板。當(dāng)力反饋設(shè)備放到托盤上時，還需要將其固定住，設(shè)計示意圖如圖3。圖中六邊形是托盤，圓形虛線是力反饋設(shè)備的底座。分別在托盤的四個邊(也就是圖2中的虛線)中心位置處加裝四個金屬板，金屬板的高度為4厘米左右，寬度3厘米左右(這個尺寸不需要很精確，主要是用來加裝螺釘，固定力反饋設(shè)備用的。考慮到加工方便，也可以用L形金屬板來代替)。在離金屬板上邊緣I厘米的位置處打一個孔，用來上螺釘。螺釘尖端粘上橡膠以防止劃傷設(shè)備。最后能擰到跟力反饋設(shè)備的外殼充分貼近，起到固定設(shè)備的作用，且不會劃傷設(shè)備外殼。金屬板的底端打兩個孔，通過螺釘跟托盤連接。其最終效果俯、側(cè)視圖如圖3、圖4所示。
[0038]步驟(4)、在托盤下表面加裝“L”型金屬板。將兩塊“L”型金屬板件通過打孔上螺釘連接到托盤(圖2)，最后安放到滑軌上。兩塊“L”型金屬板之間的距離比滑軌的寬度稍微多一點，并可以通過帶有把手的螺桿進(jìn)行松緊調(diào)節(jié)。最終效果圖如圖5所示。
[0039]步驟(5)、連接力反饋設(shè)備的手柄及腹腔鏡手術(shù)鉗。將力反饋設(shè)備的手柄(圖6)及腹腔鏡手術(shù)鉗(圖1①)用銅絲及萬能膠連接起來，并在金屬框的上面加裝帶有兩個孔洞的橡膠板(見圖1)模擬人體的肚皮。讓腹腔鏡手術(shù)鉗與力反饋設(shè)備相連時穿過塑料板上的孔洞，最終效果圖如圖6所7]^。
[0040]本發(fā)明未詳細(xì)闡述的技術(shù)內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
[0041]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實施方式】的范圍，對本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器，其特征在于，包括: 金屬框及導(dǎo)軌:金屬框用來支撐整個裝置，導(dǎo)軌則固定在金屬框上支撐起托盤，并使托盤能在其上滑動； 托盤:用來托起力反饋設(shè)備，并讓力反饋設(shè)備(Phantom Omni)能夠平穩(wěn)地放到托盤上; 托盤上用來固定力反饋設(shè)備的金屬板:屬于托盤上的附屬部件，當(dāng)兩臺Phantom Omni力反饋設(shè)備安放在托盤上能將力反饋設(shè)備固定??； 托盤下表面的“L”型金屬板:用來使托盤能夠在滑軌上左右滑動；當(dāng)裝置組裝完畢時，使托盤能固定到滑軌上合適的位置； 兩柄腹腔鏡手術(shù)鉗與Phantom Omni力反饋設(shè)備相連，并使腹腔鏡手術(shù)鉗穿過橡膠板的孔洞。
2.一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器的制造方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟(1)、金屬框及導(dǎo)軌的制作:金屬框用來支撐整個裝置，導(dǎo)軌則固定在金屬框上支撐起托盤，并使托盤能在其上滑動； 步驟(2)、托盤的制作:主要用來托起力反饋設(shè)備,并讓力反饋設(shè)備(Phantom Omni)你能夠平穩(wěn)地放到托盤上； 步驟(3)、托盤上用來固定力反饋設(shè)備的金屬板的制作:屬于托盤上的附屬部件，當(dāng)兩臺Phantom Omni力反饋設(shè)備安放在托盤上能將其固定?。? 步驟(4)、在托盤下表面加裝“L”型金屬板:用來使托盤在滑軌上左右滑動；當(dāng)裝置組裝完畢時，使托盤能固定到滑軌上合適的位置； 步驟(5)、將兩柄腹腔鏡手術(shù)鉗與Phantom Omni力反饋設(shè)備相連，并使腹腔鏡手術(shù)鉗穿過橡膠板的孔洞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器的制造方法，其特征在于: 所述步驟(1)、金屬框及導(dǎo)軌的制作，金屬框的長寬高參數(shù)均為外邊緣尺寸，金屬框材料的厚度為3~4厘米，材料要求不會生銹；其中金屬條的連接用45度三角形金屬塊，通過上螺釘來連接；滑軌厚度為4~5厘米，方便通過擰緊托盤下的螺釘使其固定在滑軌上的某一位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器的制造方法，其特征在于: 所述步驟(2)、托盤的制作，先選擇長方形塑料板，剪掉四個角，形成一個對稱的六邊形；托盤需要有2厘米的厚度，與兩塊“L”型金屬板件通過打孔上螺釘來連接，最后安放到滑軌上；最終這個托盤能托住力反饋設(shè)備的底座。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器的制造方法，其特征在于: 所述步驟(3)、托盤上用來固定力反饋設(shè)備的金屬板的制作，當(dāng)力反饋設(shè)備放到托盤上時，還需要將其固定住，托盤是六邊形，分別在托盤的四個邊中心位置處加裝四個金屬板，在離金屬板上邊緣I厘米的位置處打一個孔，用來上螺釘；螺釘尖端粘上橡膠，最后能擰到跟力反饋設(shè)備的外殼貼近處，起到固定設(shè)備的作用，且不會劃傷設(shè)備外殼；金屬板的底端打兩個孔，通過螺釘跟托盤連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器的制造方法，其特征在于: 所述步驟(4)、在托盤下表面加裝“L”型金屬板，將兩塊“L”型金屬板件通過打孔上螺釘連接到托盤，最后安放到滑軌上；兩塊“L”型金屬板之間的距離比滑軌的寬度大，并能通過帶有把手的螺桿進(jìn)行松緊調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有力反饋的虛擬腹腔鏡手術(shù)模擬器的制造方法，其特征在于: 所述步驟(5)、連接力反饋設(shè)備的手柄及腹腔鏡手術(shù)鉗，將力反饋設(shè)備的手柄及腹腔鏡手術(shù)鉗用銅絲及萬能膠連接起來，并在金屬框的上面加裝帶有兩個孔洞的橡膠板模擬人體的肚皮，讓腹腔鏡 手術(shù)鉗與力反饋設(shè)備相連時穿過塑料板上的孔洞。
【文檔編號】G09B9/00GK103943017SQ201410109392
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月22日
【發(fā)明者】潘俊君, 趙沁平, 王莉莉, 郝愛民, 李帥 申請人:北京航空航天大學(xué)