一种自动模拟呼吸周期的体模及包含其的穿刺导航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自动模拟呼吸周期的体模，其包括电机控制器和电机驱动装置，所述电机控制器根据录入的真人呼吸数据控制所述电机驱动装置运动，所述电机驱动装置运动带动所述体模的模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。本发明专利技术公开的体模可复制模拟真实呼吸周期信号，结合穿刺导航系统，可用于模拟胸腹腔穿刺导航实验，可以解决现有技术中利用气囊变形来模拟仿真呼吸时人体变化情况存在的精确控制气压、气流大小以及充吸气频率难度较大，难以模拟匹配真实的呼吸周期信号，而且气囊多次使用后会产生永久性形变，对实验效果产生影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自动模拟呼吸周期的体模及包含其的穿刺导航系统
本专利技术涉及医疗领域，具体涉及一种自动模拟呼吸周期的体模，以及包含该体膜的穿刺导航系统。
技术介绍
伴随微创介入治疗技术和影像技术的发展，在面对胸腹腔经皮穿刺手术时，呼吸跟踪和补偿变得尤为重要，这是因为体内病灶靶区会随着呼吸产生周期运动。如果没有呼吸跟踪辅助，医生在执行介入穿刺手术时会面临以下困境：(1)医生无法准确定位病灶靶区位置，主要依靠个人技能和临床经验，导致手术时间延长，增加手术风险；(2)考虑到手术安全和准确性，医生需多次暂停手术过程，去扫描影像确认并修正穿刺路径，导致病患接受更多的射线照射，导致手术过程可能引入其他隐患。因此，带呼吸跟踪的穿刺导航系统应运而生，该系统配有体模，使得医生在术前可进行大量的手术模拟训练，提升手术技能和熟练度。中国专利文献CN110706570A公开了一种用于穿刺手术实验的肺部组织模型，中国专利文献CN110473440A公开了一种肿瘤呼吸运动模拟平台及肿瘤位置估计方法，即是应用于这种手术模拟训练。但现有技术又存在以下问题：第一、目前体模的呼吸模拟手段大都是对气囊充吸气，利用气囊变形来模拟仿真呼吸时人体变化情况。此类方案想要精确控制气压、气流大小以及充吸气频率难度较大，难以模拟匹配真实的呼吸周期信号，而且气囊多次使用后会产生永久性形变，也会对实验效果产生影响；第二、目前用于经皮穿刺实验的体模大都为静态模型，此类体模存在如下问题：穿刺若干次后表皮产生永久性损伤，且不可修复，体模需要整体更换，导致实验成本增加。
技术实现思路
本专利技术提供一种可自动模拟呼吸周期的体模，该体模可复制模拟真实呼吸周期信号，结合穿刺导航系统，可用于模拟胸腹腔穿刺导航实验，可以解决现有技术中的上述缺陷。本专利技术的技术方案如下：一种自动模拟呼吸周期的体模，其包括电机控制器和电机驱动装置，所述电机控制器根据录入的真人呼吸数据控制所述电机驱动装置运动，所述电机驱动装置运动带动所述体模的模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，所述电机控制器与所述电机驱动装置通过电机控制器排线进行电连接。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，所述电机控制器支持数据录入和控制编程。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，所述电机驱动装置包括驱动电机、导轨、丝杆螺母组件和托盘，所述驱动电机能够被所述电机控制器控制进行正转或反转，所述丝杆螺母组件用于将所述驱动电机的转动运动转换为直线运动，所述导轨用于引导所述丝杆螺母组件的直线运动，所述托盘与所述模拟皮肤相连接，所述丝杆螺母组件直线运动时能够带动所述托盘运动进而带动所述模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，所述丝杆螺母组件包括丝杆和螺母滑动组件，其中，所述丝杆由所述驱动电机带动进行正转或反转，所述丝杆正反转能够驱动所述螺母滑动组件进行直线方向的往复运动，所述螺母滑动组件的往复运动带动所述托盘运动进而带动所述模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，所述螺母滑动组件包括与所述丝杆螺纹配合的螺母及与所述螺母连接的推杆和滑块，所述推杆套在所述丝杆外，所述推杆的一端连接有所述托盘，所述丝杆被所述驱动电机带动转动时，所述螺母将所述丝杆的转动转换为直线运动，所述滑块被所述螺母带动沿所述导轨直线运动，所述推杆被所述螺母带动进行直线方向的往复运动并带动所述托盘往复运动，所述托盘带动所述模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，还包括呼吸跟踪标记球支架以及安装在该支架上的呼吸跟踪标记球，所述呼吸跟踪标记球支架固定于所述模拟皮肤上，并随所述模拟皮肤移动，所述呼吸跟踪标记球的运动轨迹能够被外部光学定位跟踪系统捕获采集，并转化为呼吸周期信号。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，还包括病灶模拟球，所述病灶模拟球经由托架连接于所述电机驱动装置的所述螺母滑动组件并随所述螺母滑动组件运动，用于模拟呼吸运动过程中病灶的随动效果。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，还包括模型箱体，所述模型箱体用于模拟人体胸腹腔部位，所述模型箱体的上表面具有敞口部，所述模拟皮肤可拆卸式安装在所述模型箱体的敞口部处。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，所述模型箱体为透明的。作为所述的自动模拟呼吸周期的体模的一种优选，还包括定位标记球支架及定位标记球，用于定位该体模，所述定位标记球支架固定于所述模型箱体上。基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种穿刺导航系统，其包括上述任一的自动模拟呼吸周期的体模，所述穿刺导航系统根据呼吸门控法，实时捕获呼吸周期内呼气相区间的起止时间，对呼吸进行跟踪和补偿。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：第一、本专利技术可模拟真人呼吸运动周期信号，配合呼吸门控，便于捕获呼吸周期相位，可有效辅助经皮穿刺导航实验。第二、本专利技术所设计的体模支持单独拆换模拟皮肤，而不影响其他模型组件的使用，可降低穿刺体模损耗，降低穿刺耗材成本。第三、本专利技术所设计体模的模型箱体为透明设计，属于半开放式箱体，方便观摩跟踪穿刺实验过程，便于及时发现穿刺过程出现的问题，提高穿刺精度。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明图1为本专利技术实施例的体模的立体结构示意图；图2为本专利技术实施例的体模的电机驱动装置的立体结构示意图；图3为本专利技术实施例的体模的电机驱动装置的部分剖视图，其中推杆被剖开，露出了其中的丝杆；图4为本专利技术实施例的体模进行呼吸模拟的使用流程示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。实施例以下结合图1、图2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动模拟呼吸周期的体模，其特征在于，包括电机控制器和电机驱动装置，所述电机控制器根据录入的真人呼吸数据控制所述电机驱动装置运动，所述电机驱动装置运动带动所述体模的模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。/n

【技术特征摘要】
20210608 CN 20211063900821.一种自动模拟呼吸周期的体模，其特征在于，包括电机控制器和电机驱动装置，所述电机控制器根据录入的真人呼吸数据控制所述电机驱动装置运动，所述电机驱动装置运动带动所述体模的模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。


2.如权利要求1所述的自动模拟呼吸周期的体模，其特征在于，所述电机控制器与所述电机驱动装置通过电机控制器排线进行电连接。


3.如权利要求1所述的自动模拟呼吸周期的体模，其特征在于，所述电机控制器支持数据录入和控制编程。


4.如权利要求1所述的自动模拟呼吸周期的体模，其特征在于，所述电机驱动装置包括驱动电机、导轨、丝杆螺母组件和托盘，所述驱动电机能够被所述电机控制器控制进行正转或反转，所述丝杆螺母组件用于将所述驱动电机的转动运动转换为直线运动，所述导轨用于引导所述丝杆螺母组件的直线运动，所述托盘与所述模拟皮肤相连接，所述丝杆螺母组件直线运动时能够带动所述托盘运动进而带动所述模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。


5.如权利要求4所述的自动模拟呼吸周期的体模，其特征在于，所述丝杆螺母组件包括丝杆和螺母滑动组件，其中，所述丝杆由所述驱动电机带动进行正转或反转，所述丝杆正反转能够驱动所述螺母滑动组件进行直线方向的往复运动，所述螺母滑动组件的往复运动带动所述托盘运动进而带动所述模拟皮肤进行模拟呼吸的起伏运动。


6.如权利要求5所述的自动模拟呼吸周期的体模，其特征在于，所述螺母滑动组件包括与所述丝杆螺纹配合的螺母及与所述螺母连接的推杆和滑块，所述推杆套在所述丝杆外，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚凤杰，张瑞，徐彬凯，费岱，徐顺利，
申请(专利权)人：上海导向医疗系统有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31