[发明专利]虚拟仿真的力反馈手术器械

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的装置，具体是一种虚拟仿真的力反馈手术器械。 

背景技术

现代科学的发展越来越多体现多学科的交叉和渗透。作为微创手术的一种，介入手术已在诸多领域开始逐步替代部分传统开放式手术。而虚拟现实在医学领域的应用，使得虚拟手术成为正在发展起来的研究方向。介入手术和虚拟现实技术融合而成的虚拟介入手术可以帮助医生制定手术方案；也可以重复练习，降低手术训练费用，缩短培养外科医生的周期，虚拟介入手术克服了依靠传统临床观摩实践来训练医生时遇到的操作机会少、操作对象昂贵等问题，对手术培训具有重要意义。实施虚拟介入手术的重要条件之一是提供虚拟的介入手术器械进行手术操作，作为操作者与虚拟场景进行实时交互的工具。 

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：200510027052.9，名称为：多功能虚拟手术器械，该专利使用直线位移和旋转位移传感器采集位移数据，通过设计带有剪刀手柄操作杆的工作台实现手术剪刀、钳夹和手术刀的虚拟操作，但该装置尚不具备力反馈功能。 

检索中还发现，中国专利申请号：2008100270073.4，名称为：一种虚拟手术的方法及其装置，该专利公开了一种虚拟手术的方法及其装置，其能实现实时的力反馈和视觉反馈，还能模拟多种手术器械的操作。但该发明实际仅介绍了一种虚拟手术的方法。所述装置为美国的PHANTOM Desktop力反馈设备。 

美国的PHANTOM Desktop力反馈设备为一种虚拟仿真的手术器械装置，但该装置的操作行程有限，不适合操作器械运动范围为大行程的手术(如心脏介入手术)虚拟仿真，且操作手柄的操作方式与心脏介入手术等有区别。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种虚拟仿真的力反馈手术器械，通过与虚拟仿真技术相配合，能够实现带有力反馈功能的操作模拟，使得操作者与虚拟场景得以交互。 

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：底盘、俯仰装置、操作平台、驱动组件、固定组件和控制检测模块，其中：底板与俯仰调节装置的一端固定连接，俯仰调节装置的另一端与操作平台转动连接，第一驱动组件和固定组件分别固定设置于操作平台上，第二驱动组件与固定组件相连接，控制检测模块分别与第一驱动组件和第二驱动组件相连接。

所述的俯仰装置包括：立柱、支撑板、俯仰调节器和连接轴，其中：立柱垂直固定设置于底盘上，连接轴垂直贯穿立柱并转动连接，连接轴的两端分别与两个俯仰调节器相连接，两个俯仰调节器分别与支撑板和操作平台固定连接，支撑板垂直固定设置于立柱的一侧。 

所述的第一驱动组件包括：第一滑轮组、第二滑轮组、传动线缆、第一驱动电机和线缆张紧组件，其中：第一滑轮组和第二滑轮组分别固定设置于操作平台的两端，传动线缆环形套接在滑轮组上，第一驱动电机与第一滑轮组同轴设置，线缆张紧组件设置在第二滑轮组下。 

所述的第二驱动组件包括：操作杆、滑块和第二驱动电机，其中：滑块设置在固定组件上，其下端与传动线缆固定连接，滑块上固定设置有第二驱动电机，操作杆与第二驱动电机的伸出轴同轴设置，并被一个固定座限制自由度。 

所述的第一驱动电机和第二驱动电机为微型伺服电机、步进电机、电/磁流变液元件或磁粉制动器，该第一驱动电机和第二驱动电机分别连接至控制检测模块。 

所述的固定组件包括：固定座、直线导轨和限位块，其中：两个固定座固定设置在操作平台的两端，直线导轨固定设置在两个固定座上，限位块固定设置在直线导轨上。 

所述的控制检测模块包括：控制处理器、驱动板和传感器，其中：控制处理器与驱动板连接，驱动板和传感器分别与第一驱动组件和第二驱动组件相连接将位移信号传输给控制处理器。 

所述的传感器为位置速度两用传感器，一个传感器设置于第一驱动电机的输出轴，另一个设置于第二驱动电机的输出轴。位置传感器的实现形式可以是电位器、旋转变压器、编码器，速度传感器的实现形式可以是测速电机或者编码器元件；其中，一种较理想的实现形式是采用光电式数字编码器，同时测量角位移和转速两个参数。 

本发明可实现两个自由度上力觉反馈功能，且实现了操作杆的操作角度的调整，操作者可以利用此交互设备可以实现介入手术多种动作，可适用于心脏介入手术和经皮穿刺椎间盘介入手术的多项培训任务。 

附图说明

图1a及图1b为本发明结构示意图。 

图2为本发明的检测控制模块的结构框图；