[发明专利]一种用于全髋关节置换手术的虚拟学习方法

说明书

本发明公开了一种用于全髋关节置换手术的虚拟学习方法，首先系统初始化，建立输入端与控制器之间的通信连接，并在实时虚拟场景中完成力反馈装置与控制器的映射；在操作过程中，输入端以三维图形输入的控制方式与虚拟场景中的手术器械模型进行交互，并在同时让操作者通过图像反馈及时看到训练画面，并在训练过程中配备关键信息提示。本发明可以获得生动直观的感知，提高对抽象原理的理解，缓解我国各地区医疗和手术资源昂贵、紧张的问题，以及降低手术风险。

技术领域

本发明涉及全髋关节置换的技术领域，尤其涉及到一种用于全髋关节置换手术的虚拟学习方法。

背景技术

手术发展历程一共经历了三个阶段：开放性手术、人工微创手术和机器人辅助手术。手术正朝着一个更微细化、灵巧化和智能化的方向发展。

开放性手术即传统的开刀，从身体表面切开暴露出骨头、内脏器官。开放性手术的优点是让医生直接通过肉眼充分了解病灶区域的解剖信息，对手术有一个良好的把握。但是这种手术的缺陷是伤口大、疼痛大、出血多、住院时间长以及伤口愈合速度慢，甚至潜在地增大术后并发症的风险。微创手术，即微小创伤的手术。主要通过利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术。微创手术以创口小、失血少及住院周期短等优势在外科手术治疗中得到了广泛的应用。然而，人工微创手术存在定位精度不高、空间和环境限制、术中疲劳、工作时间长造成手部运动震颤等问题，机器人辅助手术已成为国际前沿研究热点之一。

随着自动化和机器人技术的发展，手术机器人已经开始渗透到手术计划、微创定位、无创治疗的各个环节。手术机器人通过滤除手部颤抖，将手部动作缩放成更小的动作，控制操纵器完成一系列手术操作，提高了外科医生的准确性。然而，在机器人辅助手术中，医生的操作习惯与传统手术不一样，主要表现为主从控制模式不如纯手工操作灵活方便。因此，医师操作技能需要经过反复训练才能熟练控制机器人。常见的训练模式有人机交互模式和虚拟学习模式。人机交互模式是直接控制操纵杆操纵机器人完成指定动作，对成本要求较高，且不能满足单一系统手术对象多样化的特点，因此不能广泛使用。而虚拟学习系统是提前提高熟练度，再过渡到人机交互模式完成后续操作。虚拟学习系统以计算机软硬件为基础，以相关技术手段为辅助，通过对已知或未知世界的模拟，使人们真实地感受到一种先进的计算机应用技术。虚拟训练器提供了一个多源信息融合互动的三维动态可视化和实体行为交互系统仿真，对外科医生的手术训练、手术效果预测、手术方案制定和导航都有重要意义。

目前现有的技术：

1)数字化虚拟仿真牙科培训方法，用于口腔临床技能培训。通过系统操作完成所需时间、目标完成程度、失误计分、综合计分等评估效果，是一种新颖、有效的口腔实验教学方法。

2)下颌骨手术虚拟学习方法，可以在用户操作端实现抓取、切割、钻孔、缝合等多种操作模式。对于切割和钻孔手术，系统实时渲染虚拟场景中的最佳规划路径，并以百分比的形式显示手术进度。当误差率超过10％时，及时跟踪切割线并宣布失败。

3)基于触觉反馈的心肌细胞手术的学习方法，对训练外科医生的手眼协调能力和执行高精度注射任务的能力起着关键作用。

4)虚拟骨科手术模拟器学习方法，使外科医生能够在个人计算机上进行骨折置换手术的训练，而不需要使用任何昂贵的硬件设备。

然而，目前还没有应用于主从控制模式下的全髋关节置换手术的虚拟学习方法，导致在真实手术情况下一旦出现失误就会宣布手术失败。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种用于全髋关节置换手术的虚拟学习方法，。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：