一种用于虚拟腹腔镜手术的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于虚拟腹腔镜手术的装置。所述装置包括一对相对设置的机械操作杆，机械操作杆包括直杆、C形连接杆和横杆；直杆上部为手握部分，下部连接C形连接杆，上部和下部通过第一套管连接，其中设有直线位移传感器和第一角位移传感器；直杆下部底端设有第二套管，第二套管内设有第二角位移传感器；C形连接杆凹部连接直杆下部，背部通过第三套管连接横杆，第三套管中设置有第三角位移传感器。本实用新型专利技术针对腹腔镜手术虚拟手术器械实现绕固定点自旋、伸缩以及绕固定点受限制的运动的效果，实时性强、可靠性高、鲁棒性好。

【技术实现步骤摘要】
-种用于虚拟腹腔镜手术的装置
本技术属于虚拟手术器械领域，更具体地，涉及一种用于虚拟腹腔镜手术的 装置、方法及系统。
技术介绍
随着现代科学技术的不断发展，虚拟现实技术的运用领域变得更加广泛。将虚拟 现实技术的概念、原理和方法运用到外科手术的新型交叉学科称为虚拟手术。腹腔镜手术 的快速发展对医生在的手术技能方面人们又有了新的要求。一般而言，医生搁熟的操作手 法来自大量的临床经验。而虚拟腹腔镜手术系统可W通过构建患者腹腔内H维虚拟场景、 模拟腹腔镜手术基本过程等方法，帮助训练医生的基本手术技能。与传统的培训方式不同， 虚拟腹腔镜手术系统能够反复多次练习而不用担也标本、场地和手术安全等问题，不仅训 练代价小，同时缩短了培训周期。有些虚拟手术系统还具有辅助确定手术方案、评估医生手 术过程等作用。实施虚拟手术的过程需要机械装置模拟对手术器械进行操作W及控制手术 流程。 中国专利申请号：200510027052. 9,名称为多功能虚拟外科手术器械，该专利中通 过固定一个立柱在底座上，一个角位移传感器设置在立柱末端，转臂与立柱通过该角位移 传感器项链，转臂上设置一角位移传感器，转筒通过该角位移传感器与转臂相连，直线位移 传感器与转筒向连，直线位移传感器的末端设置连轴器，一角位移传感器设置外联轴器中， 连接筒与该角位移传感器相连，连接后端插入一角位移传感器，剪刀手柄固定在连接筒上， 另一剪刀手柄与一角位移传感器相连。但是该设备不适用于腹腔镜手术的模拟，在具体腹 腔镜手术中，手术器械的运动自由度是受限制的，手术器械需要进行的操作位绕着固定点 自旋、伸缩W及绕固定点在四个方向的摇摆，并且在手术过程中，不同手术器械会完成不同 的操作，比如抓持、切割、电凝、释放铁夹等操作，该专利中的设备都不能实现该些功能且不 满足具体腹腔镜手术中器械自由度限制的需求。
技术实现思路
针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本技术提供了一种用于虚拟腹腔镜手 术的装置、方法及系统，其目的在于通过对器械自由度和操作范围进行针对腹腔镜手术的 优化设计，由此解决目前的虚拟手术设备无法虚拟腹腔镜手术的技术问题。 为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种用于腹腔镜虚拟手术 的装置，包括一对相对设置的机械操作杆，所述机械操作杆包括直杆、C形连接杆和横杆； 所述直杆上部为手握部分，下部连接C形连接杆，上部和下部之间通过第一套管 连接，第一套管中设置有直线位移传感器和第一角位移传感器；所述直线传位移传感器，用 于采集直杆伸缩距离；所述第一角位移传感器，用于采集直杆XY平面内的偏转角度；所述 直杆下部底端设有第二套管，第二套管内设有第二角位移传感器，用于采集直杆在XZ平面 内的旋转角度；所述C形连接杆凹部连接直杆下部，背部通过第H套管连接横杆，所述第H 套管中设置有第H角位移传感器；所述第H角位移传感器，用于采集直杆YZ平面内的偏转 角度。 优选地，所述装置，其直杆上部和下部之间可伸缩移动，最大伸缩距离在150mm至 300mm之间。 优选地，所述装置，其一对操作杆之间距离为15cm至20畑1。 优选地，所述装置，其还包括外壳，所述外壳上有一对圆形开孔，所述直杆上部，通 过圆形开孔伸出外壳，所述外壳表面设有手术器械控制按钮，用于切换模拟的手术器械或 其状态。 总体而言，通过本技术所构思的W上技术方案与现有技术相比，由于对操作 杆的自由度、外壳尺寸和交互方法的设计和实现，能够针对腹腔镜手术，虚拟手术器械实现 绕固定点自旋、伸缩W及绕固定点受限制的运动的效果，获取操作杆的姿态信息和操作情 况具有实时性强、可靠性高、鲁棒性好的有益效果。 【附图说明】 图1是本技术提供的用于虚拟腹腔镜手术的装置结构示意图； 图2是机械操作杆的结构示意图。 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中；1为外壳；2为 手术器械控制按钮；3为圆形开孔；4为机械操作杆；5为横杆；6为第H套管，套管中有第H 角位移传感器；7为C形连接杆；8为直杆；9为第一角位移传感器；10为直线位移传感器； 11为第一套管；12为第二套管，套管中设置有第二角位移传感器。 【具体实施方式】 为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施 例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释 本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所 涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可W相互组合。 本技术提供的用于腹腔镜虚拟手术的装置，包括一对相对设置的机械操作杆 4, 所述机械操作杆4包括直杆8、C形连接杆7、横杆5和外壳1。 所述外壳1上有一对圆形开孔3,所述直杆8上部，通过圆形开孔伸出外壳1，所述 外壳1表面设有手术器械控制按钮2,用于切换模拟的手术器械或其状态。所述直杆8上 部为手握部分，下部连接C形连接杆7,上部和下部之间通过第一套管11连接，第一套管11 中设置有直线位移传感器10和第一角位移传感器9 ;所述直线传位移传感器，用于采集直 杆8伸缩距离；所述第一角位移传感器9,用于采集直杆細Y平面内的偏转角度；所述直杆 8下部底端设有第二套管12,第二套管12内设有第二角位移传感器，用于采集直杆8在XZ 平面内的旋转角度；所述C形连接杆7凹部连接直杆8下部，背部通过第H套管6连接横杆 5, 所述第H套管6中设置有第H角位移传感器；所述第H角位移传感器，用于采集直杆8YZ 平面内的偏转角度。 所述外壳1优选为30cmX20cmX50cm的方形盒；所述直杆8上部和下部之间可伸 缩移动，最大伸缩距离在150mm至300mm之间；所述一对操作杆之间距离为15cm至20畑1。 W上参数根据正常人体腹腔进行设计，因此所述装置尤其适用于虚拟腹腔镜手术。 优选地，所述外壳1上有手术器械控制按钮2,包括器械切换按钮、状态切换按钮 和场景切换按钮，分别用于选择不同的手术器械、手术器械不同的状态和不同的手术场景。 通过外壳1上的器械切换按钮可W切换虚拟手术器械的类型；通过状态切换按钮选择手术 器械功能开关状态，例如谢子开合、电凝通电、铁夹释放等；通过场景切换按钮，可选择不同 的手术场景分为不同的手术场景模块，从而反复操作练习某个手术过程。 应用于本技术提供的装置，进行腹腔镜手术模拟参见《四元数在图形学中的 应用》，吴拥名，福建电脑，2005年11期。 根据直线位移距离和直杆8实时姿态，计算得到虚拟器械实时空间位姿信息。 [00川 W下为实施例： 实施例1 -种用于腹腔镜虚拟手术的装置，如图1所示，包括一对相对设置的机械操作杆 4,所述机械操作杆4包括直杆8、C形连接杆7、横杆5和外壳1。 所述外壳1上有一对圆形开孔3,所述直杆8上部，通过圆形开孔伸出外壳1，所 述外壳1表面设有手术器械控制按钮2,用于切换模拟的手术器械或其状态。如图2所示， 所述直杆8上部为手握部分，下部连接C形连接杆7,上部和下部之间通过第一套管11连 接，第一套管11中设置有直线位移传感器10和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于腹腔镜虚拟手术的装置，其特征在于，包括一对相对设置的机械操作杆(4)，所述机械操作杆(4)包括直杆(8)、C形连接杆(7)和横杆(5)； 所述直杆(8)上部为手握部分，下部连接C形连接杆(7)，上部和下部之间通过第一套管(11)连接，第一套管(11)中设置有直线位移传感器(10)和第一角位移传感器(9)；所述直线传位移传感器，用于采集直杆(8)伸缩距离；所述第一角位移传感器(9)，用于采集直杆(8)XY平面内的偏转角度；所述直杆(8)下部底端设有第二套管(12)，第二套管(12)内设有第二角位移传感器，用于采集直杆(8)在XZ平面内的旋转角度；所述C形连接杆(7)凹部连接直杆(8)下部，背部通过第三套管(6)连接横杆(5)，所述第三套管(6)中设置有第三角位移传感器；所述第三角位移传感器，用于采集直杆(8)YZ平面内的偏转角度。

【技术特征摘要】
1. 一种用于腹腔镜虚拟手术的装置，其特征在于，包括一对相对设置的机械操作杆 (4)，所述机械操作杆（4)包括直杆（8)、C形连接杆（7)和横杆（5); 所述直杆（8)上部为手握部分，下部连接C形连接杆（7)，上部和下部之间通过第一套 管（11)连接，第一套管（11)中设置有直线位移传感器（10)和第一角位移传感器（9);所述 直线传位移传感器，用于采集直杆（8)伸缩距离；所述第一角位移传感器（9)，用于采集直 杆（8) XY平面内的偏转角度；所述直杆（8)下部底端设有第二套管（12)，第二套管（12)内 设有第二角位移传感器，用于采集直杆（8)在XZ平面内的旋转角度；所述C形连接杆（7) 凹部...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘谦，唐江舟，管松峦，明星，何龙军，杨冬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42