[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

说明书

本发明涉及一种基于力反馈的穿刺手术教学系统、实现方法、教学终端和教学设备，教学终端中包括主控制模块和模型计算模块，信号转换装置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，并将动画控制系数发送给主控制模块；主控制模块根据动画控制系数同步三维虚拟手术器械的操作，并实时获取三维虚拟手术器械的姿态数据；模型计算模块根据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，并将力反馈数据发送给力反馈设备；力反馈设备接收来自主控制模块的力反馈数据，并将力反馈数据对应的力反馈给操作者。同时满足手术教学系统中手术流程的训练和手术的操作感的训练的需求。

技术领域

本发明涉及医学教育技术领域，具体涉及一种基于力反馈的穿刺手术教学系统、实现方法、教学终端和教学设备。

背景技术

穿刺术是常用的临床手术操作，也是重要的给药和治疗方法之一，在诊断、治疗和抢救危重病例中起着决定性的作用。与有着大量辅助设备的传统手术而言，如果在穿刺术中想要达到专业手术医生的水平，需要更长时间的学习和训练。而在传统的手术训练中，实习医生往往是在经验丰富的医生演示后，对人造模型、尸体或动物等生物目标进行练习。然而，人造模型真实感不够，尸体资源有限且昂贵，动物活体组织及结构与人体差异较大。尤其是对初学者来说，无法掌握手术的力度，而教师也很难将自己的经验准确的传递给学生。

针对上述问题，相关技术中的解决办法主要有以下两种：

一种是人造模型方案，该方案主要通过采用与手术需求相近的人造模型，模拟人体结构特性。该方案可以有效降低学生训练的资源门槛，提高训练资源的反复利用率。但这种方式更倾向于训练手术的操作手感，对手术流程的训练较弱，不能脱离教师的指导和监督，不符合医学教学的要求。

另一种是虚拟手术方案：虚拟手术系统可以通过构建三维虚拟手术环境、三维虚拟病人、模拟手术基本过程等方法，帮助训练医生的基本手术技能。与传统训练方式不同，虚拟手术系统能够反复多次练习而不用担心标本、场地和手术安全等问题，不仅训练代价小，同时缩短了培训周期。但该方案中，操作的交互感受比较弱，缺少触觉上的直接反馈，更适合手术流程的训练，对手术实操的感觉培养较差。

发明内容

有鉴于此，提供一种基于力反馈的穿刺手术教学系统、实现方法、教学终端和教学设备，以解决相关技术中的手术教学系统中无法同时满足手术流程的训练需求和手术操作感的训练需求的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种基于力反馈的穿刺手术教学系统，该系统包括力反馈设备、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。

第二方面，本申请实施例提供了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，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；