[发明专利]穿刺手术教学系统、实现方法、教学终端和教学设备

权利要求书

1.一种基于力反馈的穿刺手术教学系统，其特征在于，包括力反馈设备、教学终端和信号转换装置，所述教学终端中包括主控制模块和模型计算模块，其中：

所述信号转换装置用于将手术器械的姿态数据转换为三维虚拟手术器械的动画控制系数，并将所述动画控制系数发送给所述主控制模块；

所述主控制模块用于根据所述动画控制系数同步所述三维虚拟手术器械的操作，并实时获取所述三维虚拟手术器械的姿态数据；

所述模型计算模块用于根据所述三维虚拟手术器械的姿态数据和虚拟生物组织结构的物理属性计算力反馈数据，并将所述力反馈数据发送给所述力反馈设备；

所述力反馈设备用于接收来自所述主控制模块的力反馈数据，并将所述力反馈数据对应的力反馈给操作者。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述教学终端还包括虚拟手术环境构建模块，所述虚拟手术环境构建模块用于应用虚拟建模技术构建三维虚拟手术环境、构建三维虚拟手术器械、构建三维虚拟病人、模拟所述三维虚拟病人的虚拟病变特征以及所述三维虚拟病人对虚拟手术操作的反馈特征数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述教学终端还包括训练模块，所述训练模块用于根据预先存储的手术流程操作数据通过智能辅助模块指示操作者操作手术器械。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述智能辅助模块还用于在所述操作者操作错误时进行告警提示，以及，在所述操作者操作完成时进行操作结果提示。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述教学终端还包括分析模块，所述分析模块用于统计所述操作者的训练时长数据、错误点数据和错误原因数据。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号转换装置用于将所述力反馈设备的电子信号转换为三维虚拟手术环境中的空间坐标；用于将手术器械的使用信号转换为虚拟器械的动画控制系数。

7.一种基于力反馈的穿刺手术教学实现方法，应用于穿刺手术教学终端，其特征在于，包括：

通过信号转换装置将手术器械和力反馈设备的姿态数据转换为控制指令；

若所述控制指令为穿刺力指令，则将所述穿刺指令转换为力反馈数据，并将所述力反馈数据对应的硬件编码指令发送给力反馈设备；

接收来自所述力反馈设备对所述硬件编码指令的反馈编码数据；

若所述控制指令为力反馈姿态指令，则将所述力反馈姿态指令转换为虚拟空间坐标系下的坐标数据，以指示所述教学终端根据所述力反馈姿态指令完成与所述手术器械位置和方向的同步。

8.一种基于力反馈的穿刺手术教学实现方法，应用于穿刺手术教学设备，其特征在于，包括：

获取采样数据，其中，所述采样数据包括力反馈设备数据，以及，手术器械数据；

根据所述采样数据识别力反馈设备和手术器械；

根据所述力反馈设备数据计算所述力反馈设备的解算位置，所述解算位置用于指示教学终端根据当前三维虚拟病人的大小调整虚拟手术的空间大小；

控制所述力反馈设备接收来自教学终端的力反馈数据，并指示所述力反馈设备将所述力反馈数据对应的触觉反馈给操作者。

9.一种穿刺手术教学终端，其特征在于，包括：

处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行权利要求7所述的基于力反馈的穿刺手术教学实现方法；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。

10.一种穿刺手术教学设备，其特征在于，包括：

力反馈设备；

手术器械；

处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行权利要求8所述的基于力反馈的穿刺手术教学实现方法；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。