[发明专利]一种虚拟正颌手术培训系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种虚拟正颌手术培训系统及方法。

背景技术

重度骨性错颌是一种严重的毁容性的颌面畸形，它主要累及上、下颌骨和咬合功能的问题，不仅造成了患者的咬合功能紊乱和外貌不美观，也引起了一系列的心理问题。虚拟手术培训技术被证明是一种有效的外科手术培训方法，特别是针对手术经验欠缺或者不足的年轻外科医生效果尤其明显。

目前虚拟正颌手术培训系统尚存在以下问题（1）缺乏一整套系统的虚拟正颌手术培训思路。（2）手术虚拟系统中模拟触觉感知的力触觉反馈系统扮演一个十分重要的角色，是虚拟现实手术中不可或缺的部分。但在虚拟正颌手术培训的研究中，缺乏定量地采集新鲜颌骨切割力构建逼真的触觉反馈。（3）缺乏更为先进、逼真、便捷的虚拟正颌手术培训装置。

发明内容

为了解决目前传统虚拟正颌手术培训系统及方法存在的上述问题，现提供了一种虚拟正颌手术培训系统的构建思路以及基于新鲜颌骨切割力的力触觉反馈功能的实现方法，并提供相关设备搭建方法。具体技术方案如下：

虚拟正颌手术培训系统应该包括：

基于新鲜颌骨切割力的力触觉反馈功。通过真实切割新鲜颌骨，获得多参数的切割力回归方程，通过编程将回归方程导入力触觉反馈硬件中，最终实现力触觉反馈功能；

手术声音仿真。模拟手术截骨、凿骨、磨骨等真实手术的各种声音，例如可以采用录制手术声音-去噪-再现的方式来解决；

手术课件演练系统。利用3D摄像机录制正颌手术的全部过程，在虚拟手术培训的过程中，实现实时、随时的播放；

以及三维立体视觉系统。逼真的、实时的3D视觉效果是虚拟手术取得良好效果的保证。

新鲜颌骨切割力的采集装置主要包括切削系统、控制系统、信号采集系统等。颌骨切削系统，用于正颌手术颌骨切削操作；控制系统，对切削力数据进行分析处理，并实现切削力触觉反馈；信号采集系统，用于采集所述切削装置的切削力数据。本发明通过模拟高逼真感的手术切割手感、组织切割声音，三维立体视觉以及利用3D课件演练，构建了一套虚拟正颌手术培训系统的研发思路，以达到降低手术培训的时间和费用，缩短正颌外科医生的培训时间，同时也减少培训用的活体动物或尸体的数量的目的，具有可观的经济效益。

优选的，所述切削系统包括数控铣床，所述铣床上设置有精密测力仪，所述数控机床回转工作台上安装有定制的手术锯或钻的夹具，将所述机床手术锯或钻等的手柄夹持在所述夹具上。

优选的，所述信号采集系统包括信号放大器和数据采集卡，所述信号放大器将接受到的力学信号放大后传输给数据采集卡，所述数据采集卡采集力数据信息。

优选的，所述控制装置为可以控制切削系统的工作平台以及带有专业力学信号分析软件的主控计算机。

一种虚拟正颌手术培训系统，包括以下步骤：

测量正颌手术医生的颌骨切削速度，得出临床进给速度范围。采集人新鲜尸体颌骨的骨密度参数、弹性模量，采集新鲜人颌骨的（钻切，锯切）切削力，得出骨皮质厚度、切削速度、切割频率、钻头转速、骨密度、弹性模量等的回归方程。

与现有技术相比，上述技术方案提供的虚拟正颌手术培训系统及方法具有以下优点：通过模拟高逼真感的手术切割手感、三维立体视觉、手术切割声音，配合手术3D录像课件演练，可以降低手术培训的时间和费用；缩短正颌外科医生的培训时间，同时也减少培训用的活体动物的数量，具有可观的经济效益。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种虚拟正颌手术培训系统的构建思路以及基于新鲜颌骨切割力的力触觉反馈功能的实现方法，虚拟正颌手术培训系统应该包括：基于新鲜颌骨切割力的力触觉反馈功能，手术声音仿真，手术课件演练系统，以及三维立体视觉系统。