[实用新型]虚拟膝关节镜手术装置

说明书

技术领域

本实用新型属于虚拟手术设备领域，尤其涉及一种虚拟膝关节镜手术的装置。

背景技术

虚拟手术，又称手术仿真，是虚拟现实技术在医学领域中的应用。虚拟现实技术通过计算机图形学中的真实感绘制方法逼真地表现出人体器宫的解剖结构、解剖位置、物理特征以及生理特征，模拟手术过程中可能遇到的各种现象，为医生提供一个虚拟的手术场景，同时通过交互设备，使医生能够感知到与虚拟器官的交互并通过与虚拟人体器官进行交互来完成手术过程的模拟。虚拟手术系统可供医生进行手术训练、手术计划甚至辅助真实的手术治疗。关节镜手术开始主要应用于膝关节，20世纪初起源于日本，20世纪70年代后在美国等国家得到长足的发展。关节镜手术器械价格昂贵，患者的手术需求较多，但是熟练使用的医生不多，主要是关节镜手术有很多制约因素，如医生的视野窄，手、眼的协作受到限制，手术器械的活动范围有限，手术操作难度高，不经过长期训练以及经验积累，医生难以胜任。而目前的方法是让被训练者观察有经验的外科医生的操作，以熟悉整个手术过程，或用其他塑料仿制品代替，受训者无法感受到手术器械与组织之间正确的力的交互，这样正式手术时风险很高。与快速发展的手术需求相比，缺乏熟练掌握关节镜手术的医生是制约关节镜手术普及发展的一个瓶颈。如何提供一种更好的方式对关节镜手术操作人员进行训练与教育，以缩短知识获取的时间和成本已经成为本领域亟待解决的问题，基于虚拟现实技术的关节镜手术训练系统可以随时随地开展训练，使用成本很低，无疑对于手术技术的发展与推广具有很高的使用价值，但是当前国内的虚拟膝关节镜手术的研究多处于软件开发阶段，硬件交互设备的发展严重滞后，成为此关节镜手术虚拟训练水平提高的一大障碍。

实用新型内容

针对上述当前关节镜手术虚拟领域所遇到的问题，本实用新型提供一种虚拟膝关节镜手术装置，其能根据使用者不同及其不同的操作习惯，灵活调整手术刀和内窥镜的位置和角度，可以达到逼真模拟关节手术的效果，另外，此装置结构简单，易于操作和维修。

本实用新型的技术方案为：虚拟膝关节镜手术装置包括底座和安装在所述底座上的两个操纵臂，所述操纵臂包括安装在所述底座上的第一撑架、与所述第一撑架相连接的第二撑架和连接在所述第二撑架端部的操纵头，该操纵头包括第一框架、套装在第一框架外的第二框架，第一框架及第二框架上装设有沿X轴方向转动的机构、沿Y轴方向转动的机构及沿Z轴方向转动及直线运动的机构，其中：

沿X轴方向转动的机构包括安装在第一框架侧壁上的第一角位移传感器和通过安装在第一框架侧壁上的第一连接导杆、第二连接导杆与第一框架相连接的固定块，其中，固定块能以第一连接导杆和第二连接导杆为轴转动；

沿Y轴方向转动的机构包括安装在第二框架侧壁上的第三角位移传感器和连接第一框架与第二框架的第三连接导杆与第四连接导杆，其中，第一框架相对第二框架能以第三连接导杆和第四连接导杆为轴转动；

沿Z轴方向转动及直线运动的机构包括有安装在固定块上的第二角位移传感器和直线位移传感器，其中，第二角位移传感器的测量端与直线位移传感器的拉杆连接。

所述两个操纵臂可安装在所述底座的同一侧面上且相对所述底座的中心面对称。

所述第一撑架与所述第二撑架和所述底座均为可调节相对角度的连接，可通过螺母固定。

所述第三连接导杆和第四连接导杆是通过安装在所述第二框架上的第一滚针轴承和第二滚针轴承连接到所述第二框架上的，所述第一连接导杆和第二连接导杆是通过安装在所述第一框架上的第三滚针轴承和第四滚针轴承连接到所述第一框架上的。

所述固定块分为易于安装更换所述第一连接导杆和第二连接导杆的上下两部分。

所述第一角位移传感器和第三角位移传感器分别与所述第一框架和第二框架之间设有第一垫片和第二垫片。

本实用新型能根据使用者的不同及其不同的操作习惯，灵活调整手术刀和内窥镜的位置和角度，达到逼真模拟关节手术的效果，缩短了手术医师的培训时间，节省了培训费用，另外，此装置结构简单，易于操作和维修。

附图说明：

图1为本实用新型自由度分析示意图；

图2为本实用新型操纵头装配爆炸图；

图3为本实用新型外框架安装传感器示意图；

图4为本实用新型撑架与外框架安装示意图；

图5为本实用新型内框架安装传感器示意图；

图6为本实用新型内框架安装连接导杆示意图；

图7为本实用新型紧固块与传感器安装示意图；

图8为本实用新型撑架与底座安装示意图；