【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械，具体涉及一种用于手术模拟的虚拟现实交互设备及手术模拟方法。
技术介绍
1、现在主流市场虚拟现实交互设备可以分三种：空间跟踪定位器、数据手套以及触觉和力反馈器。
2、空间跟踪定位器定位于身体或虚拟现实交互道具上，感知空间6自由度及其变化，跟踪运动。在虚拟现实应用中，空间跟踪定位器的主要性能指标包括定位精度、位置修改速率和延时。在虚拟现实技术中广泛使用的是低频磁场式和超声波式传感器。
3、数据手套可以捕捉手指和手腕的相对运动，可以提供各种手势信号；也可以配合一个六自由度的跟踪器，跟踪手的实际位置和方向。
4、触觉和力反馈器包括力学反馈手套、力学反馈操纵杆、力学反馈笔、力学反馈表面等装置，使用时要考虑到模拟力的真实性、施加到人手上是否安全、装置是否便于携带并让用户感到舒适等问题。
5、上述的三种拟现实交互设备均是采用交互道具进行模拟手术过程，与真实手术器械存在区别，使得在模拟手术操作过程中存在误差。
技术实现思路
1、因此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中拟现实交互设备均是采用交互道具进行模拟手术过程，与真实手术器械存在区别，使得在模拟手术操作过程中存在误差。
2、为此，本专利技术提供一种用于手术模拟的虚拟现实交互设备，包括：
3、空间位姿定位装置，包括空间位姿传感器夹具以及设于空间位姿传感器夹具上的空间位姿传感器，所述空间位姿传感器夹具适于与钳状手术器械连接，以检测钳状手术器械空间
4、旋转角度定位装置，包括角度检测夹具组件以及设于角度检测夹具组件上的角度检测件，用于检测钳状手术器械开合状态；
5、上位机系统，与所述空间位姿定位装置、所述旋转角度定位装置电信号连接，以获取钳状手术器械空间位置、方向以及开合状态，并控制与钳状手术器械对应的虚拟器械。
6、可选地，所述空间位姿传感器夹具包括夹持部以及与夹持部连接的放置部，所述夹持部与所述钳状手术器械夹持连接，所述放置部内适于放置空间位姿传感器。
7、可选地，所述夹持部包括两相互平行放置的固定板，两所述固定板同侧端部与所述放置部连接，以在三者之间形成适于穿设钳状手术器械的加持腔。
8、可选地，两所述固定板处于所述加持腔侧均设置抵接凸起，以限制所述钳状手术器械脱离所述加持腔。
9、可选地，所述放置部内部设有通槽，所述通槽内适于放置空间位姿传感器。
10、可选地，所述空间位姿传感器采用磁定位传感器。
11、可选地，所述空间位姿定位装置还包括：
12、磁定位主机；
13、磁场发生源，用于产生磁场信号；所述磁定位主机与所述磁场发生源电信号连接，以检测和分析磁场发生源产生的磁场信号，以确定钳状手术器械的空间位置和方向。
14、可选地，所述角度检测夹具组件包括：
15、定位夹具，设于钳状手术器械铰接处，所述定位夹具上放置角度检测件；
16、偏转夹具，设于钳状手术器械手持部上，所述偏转夹具与所述钳状手术器械手持部同步相对定位夹具转动；
17、中间杆，设于所述偏转夹具与所述定位夹具之间，以向所述定位夹具传递所述偏转夹具偏转角度。
18、可选地，所述定位夹具包括：
19、底座，适于固定在钳状手术器械铰接处；
20、外壳，与所述底座连接，所述外壳内设有角度检测件；
21、偏转件，一端贯穿所述外壳后与所述角度检测件连接，所述角度检测件被配置为检测所述偏转件相对底座偏转角度；所述偏转件另一端与所述中间杆固接。
22、可选地，所述底座端部设有两夹持板，且所述底座端面与两所述夹持板之间形成适于夹持所述钳状手术器械铰接处的夹持腔。
23、可选地，所述外壳一侧设有通槽，所述通槽内适于穿设电连接角度检测件与所述上位机系统的线缆。
24、可选地，所述偏转夹具一端与所述中间杆活动连接，其另一端设有适于夹持所述钳状手术器械手持部的夹持腔。
25、一种手术模拟方法，采用上述所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，该方法包括如下步骤：
26、规整状态：规整钳状手术器械与虚拟器械状态一致；
27、固定传感器：将角度检测件固定到角度检测夹具组件中，再将角度检测夹具组件固定到钳状手术器械指定位置的指定方向上；将空间位姿传感器固定到空间位姿传感器夹具中，再将空间位姿传感器夹具固定到钳状手术器械指定位置的指定方向上；
28、布置磁场：将钳状手术器械与空间位姿定位装置中磁场发生源放置在手术台指定位置，并按指定方向固定；
29、处理数据：用户操作钳状手术器械，上位机系统电连接的角度控制中心通过轮询方式获取固定在钳状手术器械上的角度检测件数据，并进行编码后上传给上位机系统；同时上位机系统电连接的磁定位主机分别获取固定在钳状手术器械上的空间位姿传感器数据，上传给上位机系统；
30、处理虚拟器械：上位机系统根据角度数据更新虚拟器械角度，并按照空间位姿定位方法在虚拟空间更新虚拟器械位置。
31、可选地，空间位姿定位方法包括如下步骤：
32、确定虚拟坐标：使用磁定位主机中磁定位仪进行追踪，在虚拟手术世界中，令虚拟世界中心的原点为定位系统中心点位置记为vop，记虚拟发生源的位置为vmp，记虚拟手术器械所在位置为vkp；
33、确定真实坐标：在真实世界中，令实际磁场发生源的位置为现实中原点记为op,记真实手术器械在物理空间坐标为kp；
34、确定位置：真实钳状手术器械距磁场发生源距离kol=kp-op；虚拟手术器械位置vkp=vmp-vop+kol。
35、可选地，旋转角度数据处理方法包括如下步骤：
36、角度检测夹具组件内设四个角度检测件，在每帧中轮询角度检测件s1,s2,s3,s4,并通过rs232串口或者usb上传数据；
37、其中，每个角度检测件数据占四字节：
38、字节一：角度检测件工作状态，0代表数据无效，1代表数据有效；
39、字节二：角度检测件编号，数值1、2、3、4分别对应角度检测件一、二、三、四；
40、字节三：字节低四位代表角度高位数；
41、字节四：字节八位代表角度低位数，联合字节三、四记录数据范围0-4096，对应角度0-360度。
42、可选地，规整钳状手术器械与虚拟器械状态一致中包括开合角度以及开关状态。
43、本专利技术提供的一种用于手术模拟的虚拟现实交互设备及手术模拟方法，具有如下优点：
44、1.本专利技术提供一种用于手术模拟的虚拟现实交互设备，包括空间位姿定位装置、旋转角度定位装置以及上位机系统，空间位姿定位装置包括空间位姿传感器夹具以及设于空间位姿传感器夹具上的空间位姿传感器，所述空间位姿传感器夹具适于与钳状手术器械连接，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述空间位姿传感器夹具包括夹持部以及与夹持部连接的放置部，所述夹持部与所述钳状手术器械夹持连接，所述放置部内适于放置空间位姿传感器。
3.根据权利要求2所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述夹持部包括两相互平行放置的固定板，两所述固定板同侧端部与所述放置部连接，以在三者之间形成适于穿设钳状手术器械的加持腔。
4.根据权利要求3所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，两所述固定板处于所述加持腔侧均设置抵接凸起，以限制所述钳状手术器械脱离所述加持腔。
5.根据权利要求2所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述放置部内部设有通槽，所述通槽内适于放置空间位姿传感器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述空间位姿传感器采用磁定位传感器。
7.根据权利要求6所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所
8.根据权利要求1所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述角度检测夹具组件包括：
9.根据权利要求8所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述定位夹具包括：
10.根据权利要求9所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述底座端部设有两夹持板，且所述底座端面与两所述夹持板之间形成适于夹持所述钳状手术器械铰接处的夹持腔。
11.根据权利要求9所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述外壳一侧设有通槽，所述通槽内适于穿设电连接角度检测件与所述上位机系统的线缆。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述偏转夹具一端与所述中间杆活动连接，其另一端设有适于夹持所述钳状手术器械手持部的夹持腔。
13.一种手术模拟方法，采用权利要求1-12中任一项所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，该方法包括如下步骤：
14.根据权利要求13所述的手术模拟方法，其特征在于，空间位姿定位方法包括如下步骤：
15.根据权利要求13所述的手术模拟方法，其特征在于，旋转角度数据处理方法包括如下步骤：
16.根据权利要求13所述的手术模拟方法，其特征在于，规整钳状手术器械与虚拟器械状态一致中包括开合角度以及开关状态。
...【技术特征摘要】
1.一种用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述空间位姿传感器夹具包括夹持部以及与夹持部连接的放置部，所述夹持部与所述钳状手术器械夹持连接，所述放置部内适于放置空间位姿传感器。
3.根据权利要求2所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述夹持部包括两相互平行放置的固定板，两所述固定板同侧端部与所述放置部连接，以在三者之间形成适于穿设钳状手术器械的加持腔。
4.根据权利要求3所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，两所述固定板处于所述加持腔侧均设置抵接凸起，以限制所述钳状手术器械脱离所述加持腔。
5.根据权利要求2所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述放置部内部设有通槽，所述通槽内适于放置空间位姿传感器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述空间位姿传感器采用磁定位传感器。
7.根据权利要求6所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述空间位姿定位装置还包括：
8.根据权利要求1所述的用于手术模拟的虚拟现实交互设备，其特征在于，所述角度检测夹...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴亚康，王世界，耿辰，戴斌，李慧，周志勇，
申请(专利权)人：苏州国科康成医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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