[发明专利]一种神经外科虚拟手术训练系统

说明书

本发明公开了一种神经外科虚拟手术训练系统，其手术箱本体的左右两侧内壁上对称安装有一组光幕系统，光幕系统形成的红外线光幕覆盖整个手术箱本体内部；手术箱本体内部八个角内均内嵌安装有一3D投影仪，手术箱本体的内底面内安装有一空气屏幕生成系统，3D投影仪和空气屏幕生成系统构成立体模型投放模块，用于完成各种立体模型的投放；手术箱本体的右侧外壁上安装有一人机操作模块，用于输入各种控制命令；还包括立体模型生成模块、虚拟作动模块、通过蛇形机械臂安装在手术箱本体内的手术刀具和中央处理器。本发明可以较为逼真的模拟实际手术所带来的手感，并可以实现手术步骤所带来的立体模型图像的及时反馈。

技术领域

本发明涉及医学领域，具体涉及一种神经外科虚拟手术训练系统。

背景技术

随着现代医学条件的进步，人们对健康的要求越来越高。在各类医疗手段中，脑神经外科手术的需求也越来越大。但脑神经外科手术是目前操作难度最高、精度要求最严格的外科手术之一，用作训练材料的大脑具有不可重复使用的特点，且数量缺乏，因此大多数脑神经外科医师的培训主要依赖于受训医师的想象力以及指导医师的教育水平。训练的缺乏导致合格脑手术医师的培训难度极大，具有不小的局限性。

计算机技术的发展，使得虚拟现实技术逐渐为脑神经外科手术训练提供了可能。虚拟手术训练系统能够结合信息技术，自动化技术，计算机图形学、计算机视觉、计算机图像处理等多个方向的成熟技术，利用三维建模、可视化渲染展现与现实相似的脑组织结构以及病征，利用软组织形变技术以及力反馈设备给予医师真实的视觉、触觉反馈，从多个方面为医师重现逼真的手术场景。通过搭建适当的训练场景，设计标准化的评分机制，医师可以反复进行手术试验并发现不足，继而有效提高技术水平，同时也解决了传统培训无法重复利用训练资源的问题。

目前大多数脑神经外科虚拟手术训练系统的即时性较差，训练中训练者的操作得不到准确的反馈，降低了训练效率，不利于医师技术水平的提升。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种神经外科虚拟手术训练系统，可实现每一个手术操作步骤的准确捕捉和及时反馈。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种神经外科虚拟手术训练系统，包括手术箱本体，所述手术箱本体的上顶面采用透光玻璃材质，前侧面和后侧面对称开设有两组手术口，所述手术箱本体的左右两侧内壁上对称安装有一组光幕系统，该光幕系统形成的红外线光幕覆盖整个手术箱本体内部；

所述手术箱本体内部八个角内均内嵌安装有一3D投影仪，所述手术箱本体的内底面内安装有一空气屏幕生成系统，所述3D投影仪和空气屏幕生成系统构成立体模型投放模块，用于完成各种立体模型的投放；

所述手术箱本体的右侧外壁上安装有一人机操作模块，用于输入各种控制命令；

还包括：

立体模型生成模块，用于根据接收到的控制命令以及导入的影像数据在素材数据库内调用相应的素材构建各种人体中枢神经系统模型、周围神经系统模型和植物神经系统模型；

虚拟作动模块，用于驱动参数变化的，与立体模型生成模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；

手术刀具，通过蛇形机械臂安装在手术箱本体1内；

中央处理器，用于接收光幕系统、人机操作模块输入的各种控制命令，并根据预设的分类方法将控制命令分别发送到立体模型生成模块、3D投影仪、空气屏幕生成系统和蛇形机械臂，从而驱动人体中枢神经系统模型、周围神经系统模型和植物神经系统模型作出相应的移动和改变，驱动蛇形机械臂施加不同方向的力给手术刀，从而模拟手术过程中不同手术步骤所带来的手术刀实际操作感。