CN106205329A - 虚拟手术训练*** - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种虚拟手术训练***，涉及虚拟现实技术领域。虚拟手术训练***包括控制主机、显示设备、力反馈设备以及脚踏设备，控制主机分别与显示设备、力反馈设备以及脚踏设备电性连接；显示设备用于显示虚拟手术模型，力反馈设备用于根据用户的操作向控制主机发送第一控制信号以对虚拟手术模型进行手术模拟操作，以及接收控制主机的反馈信息以对用户进行力反馈，脚踏设备用于根据用户操作向控制主机发送第二控制信号以对虚拟手术模型进行辅助操作。本发明提供的虚拟手术训练***不需要用户用手操作虚拟手术训练***的辅助功能，使用户能够专心投入到手术模拟操作中，增强了虚拟手术训练***的沉浸性。

Description

虚拟手术训练***
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体而言，涉及一种虚拟手术训练***。
背景技术
目前虚拟现实技术在医学领域的应用十分突出，在已有的大部分虚拟手术***中，都只是采用手握式力反馈仪器进行模拟操作。它仅仅能够在一个有限的空间内模拟一个手术的操作过程，能够还原手术中医生手部的操作，力反馈设备需要完成手术以及手术外一切其他的操作，比如对模型的景深、对模型放大缩小、对重点部位进行拍照记录等。
而在目前的虚拟手术模拟过程中，所有的操作都只能通过手握式力反馈设备来完成，一些辅助功能是利用电脑键盘在操作。在进行虚拟手术过程中，医生需要双手操作力反馈设备，但是进行一些辅助操作时要改用键盘。这时需要用键盘的一些功能键对模型进行辅助操作，大大降低了***的沉浸性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种虚拟手术训练***以改善上述问题。
为了达到上述的目的，本发明提供的虚拟手术训练***的技术方案如下所述：
一种虚拟手术训练***，包括：控制主机、显示设备、力反馈设备以及脚踏设备，所述控制主机分别与所述显示设备、所述力反馈设备以及所述脚踏设备电性连接；
显示设备用于显示虚拟手术模型，所述力反馈设备用于根据用户的操作向所述控制主机发送第一控制信号以对所述虚拟手术模型进行手术模拟操作，以及接收所述控制主机的反馈信息以对用户进行力反馈，所述脚踏设备用于根据用户操作向所述控制主机发送第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行辅助操作。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行放大和缩小。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行左右和/或上下移动。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行景深调节。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行拍照。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，所述脚踏设备包括控制芯片、第一脚踏开关和第二脚踏开关，所述控制芯片与所述控制主机电性连接，所述控制芯片包括第一电平信号输入引脚和第二电平信号输入引脚，所述第一脚踏开关电性连接于所述第一电平信号输入引脚与地之间，所述第二脚踏开关电性连接于所述第二电平信号输入引脚与地之间。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，虚拟手术训练***还包括图像采集设备，所述图像采集设备与所述控制主机电性连接，所述图像采集设备用于采集模型图像并上传给所述控制主机，以便所述控制主机建立所述虚拟手术模型。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，所述图像采集设备为CT机。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，所述显示设备为显示器。
如上所述的虚拟手术训练***，优选地，所述显示设备为投影仪。
与现有技术相比，本发明的虚拟手术训练***具有如下有益效果：
本发明提供的虚拟手术训练***可通过设置与控制主机电性连接的脚踏设备，在使用虚拟手术训练***进行模拟手术训练时，可通过脚踏设备对模拟手术模型进行辅助操作，整个过程中不需要用户用手操作虚拟手术训练***的辅助功能，使用户能够专心投入到手术模拟操作中，增强了虚拟手术训练***的沉浸性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的虚拟手术训练***方框示意图。
图2为本发明第一实施例提供的脚踏设备的电路示意图。
图3为本发明第二实施例提供的虚拟手术训练***方框示意图。
图标：100-控制主机、200-显示设备、300-力反馈设备、400-脚踏设备、500-图像采集设备。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参阅图1，是本发明实施例提供的虚拟手术训练***的方框示意图。如图1所示，虚拟手术训练***包括有控制主机100、显示设备200、力反馈设备300以及脚踏设备400。控制主机100分别与显示设备200、力反馈设备300以及脚踏设备400电性连接。
其中，控制主机100预先存储有虚拟手术模型或根据采集到的图像建立有虚拟手术模型，本实施例中，虚拟手术模型优选为三维图像模型。显示设备200用于显示该虚拟手术模型，以便用户根据显示的虚拟手术模型进行虚拟手术。力反馈设备300用于根据用户的操作向控制主机100发送第一控制信号以对虚拟手术模型进行手术模拟操作。控制主机100用于在接收到力反馈设备300发送的第一控制信号后模拟出与第一控制信号对应的模拟操作，并在显示设备200上显示出来，同时向力反馈设备300反馈一反馈信息。力反馈设备300还用于根据控制主机100反馈的反馈信息对用户进行力反馈。脚踏设备400用于根据用户操作向控制主机100发送第二控制信号以对虚拟手术模型进行辅助操作。
本发明实施例中，脚踏设备400用于向控制主机100发送第二控制信号以对虚拟手术模型进行辅助操作。其中，该辅助操作可以是对虚拟手术模型进行放大和缩小，可以是对虚拟手术模型进行左右和/或上下移动，也可以是对虚拟手术模型进行景深调节，还可以是对虚拟手术模型进行拍照等操作，本发明实施例中并未做任何限定。
本发明实施例中，脚踏设备400用于向控制主机100发送第二控制信号以对虚拟手术模型进行辅助操作，如图2所示，脚踏设备400包括有控制芯片U、第一脚踏开关K1、第二脚踏开关K2、第一电阻R1和第二电阻R2，控制芯片U与控制主机100电性连接，控制芯片U包括有第一电平信号输入引脚S1、第二电平信号输入引脚S2以及外部中断引脚INTO，第一脚踏开关K1电性连接于第一电平信号输入引脚S1与地之间，第二脚踏开关K2电性连接于第二电平信号输入引脚S2与地之间，第一电阻R1电性连接于电源与外部中断引脚INTO之间，第二电阻R2电性连接于电源与外部中断引脚INTO之间，第一电阻R1还电性连接于第一电平信号输入引脚S1与第一脚踏开关K1之间，第二电阻R2还电性连接于第二电平信号输入引脚S2与第二脚踏开关K2之间。
以脚踏设备400用于控制虚拟手术模型进行放大和缩小为例，假定第一脚踏开关K1用于控制虚拟手术模型放大，第二脚踏开关K2用于控制虚拟手术模型缩小。在使用虚拟手术训练***进行模拟手术训练的过程中，当用户需要对虚拟手术模型进行放大时，用户踩踏第一脚踏开关K1，此时第一电平信号输入引脚S1接地，控制芯片向控制主机100反馈一电平信号，控制主机100收到该电平信号后控制虚拟手术模型进行放大并通过显示设备200显示出来。当用户需要对虚拟手术模型进行缩小时，用户踩踏第二脚踏开关K2，此时第二电平信号输入引脚S2接地，控制芯片向控制主机100反馈另一电平信号，控制主机100收到该另一电平信号后控制虚拟手术模型进行缩小并通过显示设备200显示出来。如此，用户即可通过脚踏设备400控制虚拟手术模型进行放大和缩小，在整个过程中，用户的双手可一直操作力反馈设备300进行手术模拟操作，而不需要用手进行相应的辅助操作，使用户能够专心投入到手术模拟操作中，提高虚拟手术训练系的沉浸性和训练效果。
需要说明的是，本实施例中，脚踏开关不仅限于第一脚踏开关K1和第二脚踏开关K2两个。例如，对虚拟手术模型进行辅助操作的操作类型为多项时，每项辅助操作可对应一个脚踏开关(或增设一个用于控制操作类型切换的脚踏开关)。此外，当脚踏开关的数量相应增加时电阻的数量及控制芯片上的平信号输入引脚的数量也相应的增加。
本发明实施例中，显示设备200可以采用但不限于投影仪或显示器，以显示器为佳。
第二实施例
请参阅图3，本发明实施例还提供了一种虚拟手术训练***，与第一实施例不同的是，本发明实施例提供的虚拟手术训练***还包括有图像采集设备500，图像采集设备500与控制主机100电性连接。图像采集设备500用于采集模型图像并上传给控制主机100，控制主机100用于根据图像采集设备500采集到的模型图像建立虚拟手术模型。
通过设置与控制主机100电性连接的图像采集设备500，可对人体病灶部位进行图像采集，从而模拟出接近真实场景的虚拟手术模型。本发明实施例中，图像采集设备500可以采用但不限于CT机或CBCT机等，如此，可采集到人体病灶部位的立体图像，以便建立立体的点云模型，模拟的手术场景更加接近真实的手术场景，虚拟手术的效果更佳。
综上所述，本发明提供的虚拟手术训练***，用户可通过脚踏设备400控制虚拟手术模型进行辅助调节，在整个过程中，用户的双手可一直操作力反馈设备300进行手术模拟操作，而不需要用手进行相应的辅助操作，使用户能够专心投入到手术模拟操作中，提高虚拟手术训练系的沉浸性和训练效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种虚拟手术训练***，其特征在于，包括：控制主机、显示设备、力反馈设备以及脚踏设备，所述控制主机分别与所述显示设备、所述力反馈设备以及所述脚踏设备电性连接；
所述显示设备用于显示虚拟手术模型，所述力反馈设备用于根据用户的操作向所述控制主机发送第一控制信号以对所述虚拟手术模型进行手术模拟操作，以及接收所述控制主机的反馈信息以对用户进行力反馈，所述脚踏设备用于根据用户操作向所述控制主机发送第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行辅助操作。
2.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行放大和缩小。
3.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行左右和/或上下移动。
4.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行景深调节。
5.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述脚踏设备用于向所述控制主机发送所述第二控制信号以对所述虚拟手术模型进行拍照。
6.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述脚踏设备包括控制芯片、第一脚踏开关和第二脚踏开关，所述控制芯片与所述控制主机电性连接，所述控制芯片包括第一电平信号输入引脚和第二电平信号输入引脚，所述第一脚踏开关电性连接于所述第一电平信号输入引脚与地之间，所述第二脚踏开关电性连接于所述第二电平信号输入引脚与地之间。
7.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，还包括图像采集设备，所述图像采集设备与所述控制主机电性连接，所述图像采集设备用于采集模型图像并上传给所述控制主机，以便所述控制主机建立所述虚拟手术模型。
8.根据权利要求7所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述图像采集设备为CT机。
9.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述显示设备为显示器。
10.根据权利要求1所述的虚拟手术训练***，其特征在于，所述显示设备为投影仪。
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