[发明专利]一种用于虚拟腹腔镜手术的力反馈系统

说明书

一种用于虚拟腹腔镜手术的力反馈系统，其包括：机械子系统以及电气子系统；所述机械子系统用于实现拟腹腔镜手术过程中的俯仰、伸缩、自转、剪切、横滚五自由度运动，并采集运动过程中的力反馈；所述电气子系统用于实现采集拟腹腔镜手术过程中的俯仰、伸缩、自转、剪切、横滚五自由度运动过程的数据信息，对手术场景进行模拟，并提供将反馈力分解到各个运动自由度上去的驱动指令。

技术领域

本发明涉及医疗训练器技术领域，特别涉及一种虚拟腹腔镜手术的力反馈系统。

背景技术

随着机器人技术、计算机图形学、生物建模技术的不断发展，基于虚拟现实技术的虚拟腹腔镜手术训练系统为医护人员的手术训练提供了机会。虚拟腹腔镜手术系统可以通过构建逼真的手术场景、模拟手术过程、获取触觉反馈来培训医护人员的手术技能。与传统医师受训过程不同，虚拟腹腔镜手术可以毫无限制的重复操作，而且可以根据需要设置不同训练难度，让不同级别的医护人员反复训练。同时，可以不必担心实验材料、场地的限制，可以最大限度的缩短培训周期。实施虚拟手术需要利用机械结构控制手术流程，并在手术过程中获取触觉反馈信息。

中国专利申请号：201410456577.3，名称为一种用于虚拟腹腔镜手术的装置、方法及系统。该专利中所述装置包括一对相对设置的机械操作杆，机械操作杆包括直杆、C形连接杆和横杆；直杆上部为手握部分，下部连接C形连接杆，上部和下部通过第一套管连接，其中设有直线位移传感器和第一角位移传感器；直杆下部底端设有第二套管，第二套管内设有第二角位移传感器；C形连接杆凹部连接直杆下部，背部通过第三套管连接横杆，第三套管中设置有第三角位移传感器。所述系统包括所述装置及虚拟模块。该腹腔镜虚拟手术装置虽能实现手术流程，但对于在实际手术时由于器械碰触组织后由组织产生并传递给操作者的触觉反馈却没有考虑，使医师在训练过程中缺乏相应的交互触觉体验，大大影响了医师对手术真实感的把握，不利于手术医师的训练工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种用于虚拟腹腔镜手术的力反馈系统。

一种用于虚拟腹腔镜手术的力反馈系统，其包括：

机械子系统以及电气子系统；

所述机械子系统用于实现拟腹腔镜手术过程中的俯仰、伸缩、自转、剪切、横滚五自由度运动，并采集运动过程中的力反馈；

所述电气子系统用于实现采集拟腹腔镜手术过程中的俯仰、伸缩、自转、剪切、横滚五自由度运动过程的数据信息，对手术场景进行模拟，并提供将反馈力分解到各个运动自由度上去的驱动指令。

在本发明所述的用于虚拟腹腔镜手术的力反馈系统中，

所述机械子系统包括：一对相对设置的机械操作手，机械操作手包括主轴、横板、平台、挡板、U型连接杆、横向轴和机箱转动轴；

所述主轴上部连接手术器械，设有第一线轮组、第一驱动执行元件和第一信号采集元件，用以采集手术器械的剪切运动偏转角度和执行剪切运动的力反馈；

主轴上部有横板，下部连接平台，其中设有第二线轮组、第二驱动执行元件、第二信号采集元件、第三驱动执行元件、第三线轮组、第三信号采集元件和主轴滑块，上部和下部通过两块挡板连接；第二线轮组、第二驱动执行元件和第二信号采集元件，用以采集主轴自转运动偏转角度和执行自转运动的力反馈；第三线轮组、第三驱动执行元件和第三信号采集元件，用以采集主轴伸缩运动位置数据和执行伸缩运动的力反馈；

挡板外接U型连接杆，U型连接杆外部连接横向轴，设有第四线轮组、第四驱动执行元件和第四信号采集元件，用以采集主轴俯仰运动偏转角度和执行俯仰运动的力反馈；

U型连接杆背部与机箱转动轴连接，设有第五线轮组、第五驱动执行元件和第五信号采集元件，用以采集主轴横滚运动偏转角度和执行横滚运动的力反馈。

在本发明所述的用于虚拟腹腔镜手术的力反馈系统中，