本发明专利技术公开了一种模拟手术刀方法及装置，它由蓝牙SOC主处理器模块、光栅编码模块、模拟手术刀和电源模块组成，其中光栅编码模块包含三组光栅编码子模块，每组光栅编码器子模块包含一个光电编码器、一个光栅盘、连接线、绕线盘和固定座组成，模拟手术刀由九轴传感器、蓝牙SOC从处理器模块、锂电池、校准按键和壳体组成；每组光栅编码器子模块的连接线连接到模拟手术刀尾部，拉动模拟手术刀时，通过三根连接线带动光栅编码器子模块的绕线盘和光栅盘转动，光栅盘的光栅刻度通过光电编码器输出编码信号，通过对编码信号进行解码识别，可获得三条连接线的拉出长度，经三维立体空间的函数计算，能精准定位到模拟手术刀尾部在三维空间中的位置，结合模拟手术刀内部的九轴传感器捕捉模拟手术刀空间姿态，可精确定位出模拟手术刀在三维空间中的实时位置和姿态。本发明专利技术可广泛应用于虚拟现实手术模拟系统，让外科医生可进行有效、仿真度及精度高的手术训练与手术模拟。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟手术刀方法及装置
本专利技术涉及的电子产品
，特别涉及一种模拟手术刀方法及装置。
技术介绍
外科医生们从实习生到经验老道的主刀医生的转变往往需要经理大量时间的练习与研究，其中他们还会经历失败和迷惑以及承担巨大风险，导致他们在临床手术过程中有时会没有信心使得病人的生命危在旦夕。另外，外科医生们在手术前只能通过已有信息来预估手术过程及在手术过程中可能会出现的问题，有时会因为对信息理解不足或者手术过程出现差错而导致整个手术无法或难以进行。外科医生们应该利用虚拟现实技术来练习自己的技术，及早发现并纠正自己的问题，对将要面对的事情又充足的理解。外科医生们亦可以使用虚拟现实技术来对手术进行预操作，预先估计手术中可能会出现的问题并做出针对性解决方案。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术提出一种模拟手术刀方法及装置技术方案，可以对手术过程中手术刀的运动过程进行高精度模拟，让使用者可以在虚拟现实环境中高度仿真进行模拟手术到操作，增加使用者的手术训练经验，现降低实际手术操作的风险。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下；1.本专利技术提供一种模拟手术刀装置，该装置包括，主控盒和模拟手术刀，主控盒通过三根柔性连接线连接到模拟手术刀尾部，主控盒与模拟手术刀通过蓝牙进行通信获取模拟手术刀数据；2.本专利技术提供的模拟手术刀装置，所述主控盒，包括蓝牙SOC主处理器模块、光栅编码模块、电源模块和主控壳体；所述蓝牙SOC主处理器模块、光栅编码模块和电源模块通过导线连接，蓝牙SOC主处理器模块、光栅编码模块、电源模块固定在主控壳体内部；所述蓝牙SOC主处理器模块用于对所述光栅编码模块输出的编码信号进行解码识别，三维锥体空间函数关系算法处理，与所述模拟手术刀的蓝牙SOC从处理器模块通信，获得模拟手术刀姿态信息和校准按键状态信息，进行数据融合处理获得模拟手术刀空间定位信息，并把融合处理后的模拟手术刀空间定位信息发送给外部应用系统；所述光栅编码模块包含三组光栅编码子模块，每组光栅编码器子模块包含一个光电编码器、一个光栅盘、一根柔性连接线、一个绕线盘和固定座组成，三组光栅编码子模块通过各自的固定座同一平面内，光栅盘固定在绕线盘外，与绕线盘同轴线运动，连接线缠绕在绕线盘上，连接线被拉动时带动绕线盘和光栅盘转动，光栅盘转动使得光栅刻度通过光电编码器，产生编码信号；所述绕线盘具有自动收缩柔性连接线的弹性回收装置；所述电源模块采用大容量锂电池供电，为主控盒提供电源。3.本专利技术提供的模拟手术刀装置，所述模拟手术刀包含蓝牙SOC从处理器模块、九轴传感器、锂电池、校准按键和模拟手术刀壳体；所述蓝牙SOC从处理器模块、九轴传感器、锂电池、校准按键通过导线连接；蓝牙SOC从处理器模块、九轴传感器、锂电池、校准按键均固定于模拟手术刀壳体内，其中校准按键部分外露便于按压操作；所述蓝牙SOC从处理器模块用于获取传感器信息、检测校准按键状态、姿势算法运算及与所述蓝牙SOC主处理器模块通信；所述九轴传感器，用于捕捉模拟手术刀的自身姿态；所述锂电池用于给模拟手术刀供电。4.本专利技术提供一种模拟手术刀方法，该方法实现步骤包括，步骤一，设光栅编码模块的三根柔性连接线出口为A、B和C，A、B和C在一个平面内组成一个等边三角形，边长为L,等边三角形中心点P到A、B、C的距离为L0=(L/),三根柔性连接线与模拟手术刀尾部的连接点设为M，M在三维空间中的坐标为（x,y,z），M到A、B、C的距离为a、b、c；以A点为原点，AC为X轴，A、B、C点所在平面为X轴和Y轴所在平面，以三根柔性连接线拉动方向且垂直于X轴和Y轴所在平面为Z轴，建立三维坐标系；步骤二，模拟手术刀系统校准，让模拟手术刀尾部处于三根柔性连接线穿出口组成的等边三角形中心位置，处于自然下垂状态，按校准按钮对系统进行初始状态校准，包括三个光栅编码器初始化当前状态、模拟手术刀姿态校准，获得初始位置时三根柔性连接线被拉扯出来的长度L0；步骤三，拉动模拟手术刀，通过三根连接线带动光栅编码器子模块的绕线盘和光栅盘转动，光栅盘的光栅刻度通过光电编码器输出编码信号，每个光栅刻度通过光电编码器后将产生两个以九十度正交的方波信号，通过软件对光电编码器输出的方波信号进行方波数量的计数识别，根据光栅盘半径与绕线盘中绕线厚度比例，可计算出绕线长度与光电编码器输出编码信号中方波数量的关系，通过对编码信号进行解码识别，可获得三条连接线被拉动长度LA、LB、LC，则以下关系成立：a=L0+LA（1）b=L0+LB（2）c=L0+LC（3）其中LA是A点连接线被拉动的长度，LB是B点连接线被拉动的长度、LC是C点连接线被拉动的长度；步骤四，根据三维空间坐标系，具有以下公式成立：（4）（5）（6）根据公式（4）（5）（6）可计算出x、y、z如下（7）(8)(9)根据公式（1）、（2）、（3）和公式（7）、（8）、（9）可计算出M点的三维空间坐标x、y、z，根据坐标（x,y,z）确定模拟手术刀尾部在三维空间中的位置；步骤六，通过所述模拟手术刀中的九轴传感器实时捕捉该模拟手术刀的空间姿态，根据所述模拟手术刀实时的空间姿态与校准时模拟手术刀初始参考姿态，可获得所述模拟手术刀相对于校准位置的空间姿态变化量，以欧拉角表示：俯仰角Pitch、横滚角Roll和航向角Yaw；步骤七，根据模拟手术刀具有固定的长度、模拟手术刀尾部在三维空间中的位置坐标M（x,y,z）、模拟手术刀的空中姿态欧拉角，实现对所述模拟手术刀的整体空间定位。5.根据权利要求4所述方法，其特征还在于：在模拟手术刀工作状态过程中，所述模拟手术刀姿态数据Pitch、Roll、Yaw、所述模拟手术刀尾部空间位置坐标M（x,y,z）、所述模拟手术刀长度数据等通过所述蓝牙SOC主处理器发送给外部专用配套软件，进行模拟手术刀姿势图像的可视化显示；所述模拟手术刀长度数据也可以直接在外部专用配套软件中进行配置设置，而无需通过本专利技术所述的模拟手术刀装置发送，减少通信数据量，提高效率；所述外部专用配套软件的可视化显示包括：建立模拟手术刀的三维模型，将所述模拟手术刀欧拉角姿态数据、模拟手术刀尾部空间位置坐标M（x,y,z）、模拟手术刀长度数据绑定到虚拟场景中的模拟手术刀三维模型，实现在模拟手术过程中还原模拟手术刀的细微动作变化过程。通过本专利技术的模拟手术刀设备，外科医生们可以利用本专利技术进行大量的练习，使自己的技术日渐长进，并且在练习中发现问题，给自己改正错误的机会。另外，医生们在手术前亦可以利用本专利技术进行模拟手术，让将要参与手术的其他医务人员对整个手术过程有更深入的了解并做好相关应急预案，对在实际手术中将要面对的问题有一个大概摸底了解，也可以稳定主刀医生的心态，可以更大程度地确保实际手术的稳定性与安全性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟手术刀装置，其特征在于，/n包括主控盒和模拟手术刀，所述主控盒通过三根柔性连接线连接到所述模拟手术刀尾部，所述主控盒与所述模拟手术刀通过蓝牙进行通信获取所述模拟手术刀数据。/n
【技术特征摘要】
1.一种模拟手术刀装置，其特征在于，
包括主控盒和模拟手术刀，所述主控盒通过三根柔性连接线连接到所述模拟手术刀尾部，所述主控盒与所述模拟手术刀通过蓝牙进行通信获取所述模拟手术刀数据。
2.根据权利要求1所述主控盒，其特征在于，
包括蓝牙SOC主处理器模块、光栅编码模块、电源模块和主控壳体；所述蓝牙SOC主处理器模块、光栅编码模块和电源模块通过导线连接，蓝牙SOC主处理器模块、光栅编码模块、电源模块固定在主控壳体内部；
所述蓝牙SOC主处理器模块用于对所述光栅编码模块输出的编码信号进行解码识别，三维锥体空间函数关系算法处理，与所述模拟手术刀的蓝牙SOC从处理器模块通信，获得模拟手术刀姿态信息和校准按键状态信息，进行数据融合处理获得模拟手术刀空间定位信息，并把融合处理后的模拟手术刀空间定位信息发送给外部应用系统；
所述光栅编码模块包含三组光栅编码子模块，每组光栅编码器子模块包含一个光电编码器、一个光栅盘、一根柔性连接线、一个绕线盘和固定座组成，三组光栅编码子模块通过各自的固定座同一平面内，光栅盘固定在绕线盘外，与绕线盘同轴线运动，连接线缠绕在绕线盘上，连接线被拉动时带动绕线盘和光栅盘转动，光栅盘转动使得光栅刻度通过光电编码器，产生编码信号；所述绕线盘具有自动收缩柔性连接线的弹性回收装置；
所述电源模块采用大容量锂电池供电，为主控盒提供电源。
3.根据权利要求1所述模拟手术刀，其特征在于，
包含蓝牙SOC从处理器模块、九轴传感器、锂电池、校准按键和模拟手术刀壳体；所述蓝牙SOC从处理器模块、九轴传感器、锂电池、校准按键通过导线连接；蓝牙SOC从处理器模块、九轴传感器、锂电池、校准按键均固定于模拟手术刀壳体内，其中校准按键部分外露便于按压操作；
所述蓝牙SOC从处理器模块用于获取传感器信息、检测校准按键状态、姿势算法运算及与所述蓝牙SOC主处理器模块通信；
所述九轴传感器，用于捕捉模拟手术刀的自身姿态；
所述锂电池用于给模拟手术刀供电。
4.一种模拟手术刀方法，其特征在于，
模拟手术刀方法实现步骤如下，
步骤一，设光栅编码模块的三根柔性连接线出口为A、B和C，A、B和C在一个平面内组成
一个等边三角形，边长为L,等边三角形中心点P到A、B、C的距离为L0=(L/),三根柔性连
接线与模拟手术刀尾部的连接点设为M，M在三维空间中的坐标为（x,y,z），M到A、B、C的距离
为a、b、c；
以A点为原点，AC为X轴，A、B、C点所在平面为X轴和Y轴所在平面，以三根柔性连接线...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄昌正，陈曦，周言明，刘润锋，王可炜，
申请(专利权)人：哈雷医用广州智能技术有限公司，淮北幻境智能科技有限公司，广州幻境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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