[发明专利]一种基于VR技术的腹腔穿刺手术训练系统

说明书

本发明提供一种基于VR技术的腹腔穿刺手术训练系统，包括：用于建立三维虚拟模型的建模单元、提供虚拟显示环境的头戴式显示设备、提供虚拟现实手术操作的操作手柄及VR执行单元；所述VR执行单元包括：提供虚拟手术环境的VR环境单元和提供手术操作的VR手术单元。本发明提出一种基于VR技术的腹腔穿刺手术训练系统，解决实验教学中资源短缺问题，增强医生培训的真实感，降低培训成本，而且有利于医生总结经验，避免医患纠纷。

技术领域

本发明属于计算机辅助外科手术教学领域，具体涉及一种基于VR技术的腹腔穿刺手术训练系统。

背景技术

腹腔穿刺术是通过穿刺针或导管直接从腹前壁刺入腹膜腔抽取腹腔积液，用以协助诊断和治疗疾病的一项技术。

腹腔穿刺术是确定有无腹水及鉴别腹水性质的简易方法，是外科医生需要熟练掌握的基本技能。目前，实习医师普遍使用实体模型或尸体进行腹腔穿刺术的训练，在实物模型上进行模拟训练，虽然能比较快地过度到人体试验上，但为了使效果与真实人体更接近，模型不得不制作得很精密逼真，甚至要求具备人体的力学性能，模型的成本就非常高，相关资料表明，一具高仿真人体模型的价格大约在15万美金左右，普通点的人体模型也需要2到3万美金，且频繁更换穿刺部位的零部件成本也不低，而使用尸体则又面临着尸源紧缺和道德伦理上的问题。因此，对于各大医疗机构，普遍存在着医师缺少模拟训练设备而导致手术技艺不高的问题，特别是像腹腔穿刺这种及其依赖于医师技艺的手术。

虚拟现实技术的出现可以有效解决训练资源紧缺的问题，利用虚拟技术搭建对应的手术环境，医师就可以在虚拟世界中反复操练该项手术的技能，在缩短医师培养周期的同时也节约了器材投入成本(一套虚拟现实设备仅需要2万人民币)。目前已经有不少外科手术的虚拟现实训练系统，如：侧脑室穿刺、骨髓穿刺和腰椎穿刺等，并且有部分系统已经在医疗机构中进行试用，获得医师的良好评价。然而目前并没有出现比较完整的虚拟腹腔穿刺训练系统，亦没有相关的发明问世。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于VR技术的腹腔穿刺手术训练系统，以克服现有医疗教学体系中存在的缺陷，此系统开发简单，操作容易，模拟度高，训练成本极低。

本发明是这样实现的：一种基于VR技术的腹腔穿刺手术训练系统，包括：用于建立三维虚拟模型的建模单元、提供虚拟显示环境的头戴式显示设备、提供虚拟现实手术操作的操作手柄及VR执行单元；所述VR执行单元包括：提供虚拟手术环境的VR环境单元和提供手术操作的VR手术单元。

在本发明一实施例中，所述建模单元功能是：根据实际腹腔穿刺情况，用3Dmax软件完成人体模型，手术器械和病房设施和房间的建模，按实际色彩效果对各模型进行渲染。

在本发明一实施例中，所述VR环境单元的功能是：将建模单元导出的模型，在Unity中通过调整大小、位置和旋转整合成病房的场景，并设置相关脚本控件，使场景能完整地出现在佩戴头戴式显示设备的操作人员的视野里。

在本发明一实施例中，所述VR手术单元包括：准备模块、穿刺模块、止血模块、显示模块以及交互模块。

在本发明一实施例中，操作人员通过如下步骤进行手术训练操作：

S1：通过所述VR环境单元提供对应的手术环境(病房、病人、手术器械等)，通过所述头戴式显示设备将手术环境呈现给操作人员；

S2：操作人员通过所述操作手柄选择对应的手术器械，并进行穿刺点标记操作，所述VR执行单元根据所述操作手柄提供的信号，通过所述准备模块进行穿刺点标记操作；

S3：操作人员通过所述操作手柄选择对应的手术器械，并进行消毒操作；所述VR执行单元根据所述操作手柄提供的信号，通过所述准备模块进行消毒操作；