CN107749227B - 具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置 - Google Patents

Abstract

具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，涉及医学教学领域，包括仿真表皮、仿真颅骨、仿真硬膜、仿真脑层、病变模块、层间定位投放装置，层间定位投放装置能够实现模拟组织结构层的开放，并能将病变模块自动投放在指定的位置，模拟不同位置的病变，同时在各模拟组织结构上设置了切口等模拟手术的入路路径，在进行手术训练时，能够真实模拟切割阻力和模拟出血，为医学生进行开颅手术操作训练提供更真实的环境，实现手术入路训练的目的。

Description

具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置

技术领域

本发明涉及医学教学领域，尤其涉及一种具有层间定位投放装置的针对开颅手术训练的装置。

背景技术

颅内肿瘤、颅内血肿、颅骨骨折等严重危害人类的生命与健康，而常见的治疗方法就是神经外科手术：开颅手术，通过机械设备打开患者颅骨，从而进行一些非常规治疗，是神经外科医生手术操作的基本手术技能，由于开颅手术的高风险性，医生的失误操作有可能导致患者脑损伤。因此，开颅手术对医生的要求很高，不但要求准确定位病灶的头皮切口，准确去除病灶，而且应尽量减小手术入路过程中对患者造成额外的创伤。因此，提高医学生的操作技能水平，借助一些训练模型进行训练是十分必要的。

目前，病灶定位技术已经很成熟，其中主要有头皮标记物定位法、颅内解剖标志测量定位法、立体定向仪载物装置定位法、无载物装置导航定位法，医学生根据CT/MRI图像利用上述方法，很容易得到病灶的最佳定位。

针对不同的病症，病灶的位置也不同，然而市场上并没有可以自动选择病灶位置，针对开颅手术入路的训练模型，并且其他类似入路操作的训练模型也没有，医学院校学生没有操作练习的机会，因此，开发一款可以自动选择病灶位置，且用于开颅手术入路训练的装置是非常必要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置。

本发明所采用的技术方案是：具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，包括仿真组织、病变模块，其特征在于，还包括层间定位投放装置、控制装置，所述层间定位投放装置包括1~N层支撑固定仿真组织的载物台、控制所述载物台进行升降运动的升降机构、六自由度机械手；所述载物台设置可容纳升降机构的凹槽；所述控制装置控制所述升降机构带动所述载物台进行升降运动，以及控制所述六自由度机械手进行夹取和投放病变模块。

所述六自由度机械手包括回转基座、与所述回转基座相连的第一伸缩机构、与所述第一伸缩机构旋转连接的第二伸缩机构以及设置在所述第二伸缩机构顶端的机械手，所述回转基座设置容纳槽，用于放置病变模块。

所述升降机构包括可实现上下运动的支撑杆、驱动所述支撑杆上下运动的动力装置。

所述支撑杆为剪叉式、套筒式、升缩式、升缩臂式、折臂式中的一种。

所述动力装置为液压缸、气缸、电机中的一种。

所述仿真组织包括仿真表皮，所述仿真表皮设置一切口，形成可活动皮瓣；切口内侧具有阻力装置，用来模拟进行表皮切割操作时产生的阻力；可活动皮瓣下表面具有出血装置，用来模拟进行表皮掀起操作时产生的出血。

所述仿真组织还包括仿真颅骨，所述仿真颅骨包括可拆卸骨瓣，可拆卸骨瓣与仿真颅骨活动连接。

所述仿真组织还包括仿真硬膜，所述仿真硬膜设置一切口，形成可活动膜瓣。

所述仿真组织还包括仿真脑层，所述仿真脑层为一发光组件，包括显示模块、检测模块，所述检测模块接收外部数据，并传递给所述控制装置，经数据处理分析，并传递给所述显示模块进行显示。

所述病变模块包括囊体及包覆所述囊体的模拟组件；所述模拟组件包括1~N个模拟血管网层、1~N个模拟粘液层。

本发明的有益效果是：

1.层间定位自动投放：通过控制装置控制升降机构、六自由度机械手，能够实现载物台承载仿真表皮、仿真颅骨、仿真硬膜、仿真脑层随着升降机构进行升高或降低运动，使各层分离，形成层空间，便于机械手在第一伸缩机构、第二伸缩机构的作用下夹取病变模块并放置在指定的位置上；

2.预设入路路径：仿真表皮设置切口形成可活动皮瓣、仿真颅骨设置成可拆卸骨瓣、仿真硬膜设置切口形成可活动膜瓣，模拟真实手术入路的路径，操作者只需要根据设置的路径一步一步操作，就能实现对入路过程的步骤学习；

3.结构仿真：能够模拟各组织层之间的粘连和牵拉、切割时的阻力以及切口及皮下出血，不同病态特征的病变模块，提供更真实的操作环境；

4. 操作检测：通过检测模块，检测操作者在进行病变清除过程中的操作力度、操作时间，并进行判断该操作是否在正确标准范围内；

本发明能够实现不同位置不同病症的病变模块的自动投放，并且能够真实的模拟手术入路的过程，还能进行病灶清除的训练，可以满足教学、训练及考核中的各种要求。

附图说明

图1是本发明的外观示意图；

图2是层间定位投放装置结构示意图；

图3是仿真表皮切口局部放大的结构示意图；

图4是仿真表皮的另一种结构示意图；

图5是本发明的工作原理示意图；

其中：1仿真表皮、11可活动皮瓣、2仿真颅骨、21可拆卸骨瓣、3仿真硬膜、31可活动膜瓣、4仿真脑层、5病变模块、6控制装置、7载物台、71凹槽、81支撑杆、82动力装置、91回转基座、92第一伸缩机构、93第二伸缩机构、94机械手。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1~2所示，为一头部模型，可见仿真表皮1、仿真颅骨2、仿真硬膜3、仿真脑层4、病变模块5、控制装置6，层间定位投放装置包括4层载物台7，分别固定支撑仿真表皮1、仿真颅骨2、仿真硬膜3、仿真脑层4，载物台7各层上下表面设置凹槽71，可以容纳设置于各层之间的剪叉式支撑杆81，通过设置的液压式动力装置82带动支撑杆81进行升降运动，六自由度机械手包括固定在回转基座91上的第一伸缩机构92、与第一伸缩机构92旋转连接的第二伸缩机构93、以及位于第二伸缩机构93顶端的机械手94，回转基座91上设置容纳槽，放置待夹取的病变模块5，控制装置6控制动力装置82驱动支撑杆81带动载物台7进行升降运动，从而带动载物台7上承载的仿真组织进行升降运动，控制装置6还控制六自由度机械手从容纳槽内夹取病变模块5并投放在指定的位置。

仿真表皮1设置一切口形成可活动皮瓣11，如图3所示，切口两侧设置针刺状突出，顶端为填充有模拟血液的液囊，用来模拟进行表皮切割操作时产生的阻力，也可以模拟切割时表皮切口出血；可活动皮瓣11下表面设置填充有模拟血液的液囊，用来模拟表皮切割后皮瓣掀起操作时产生的出血。为了增加模型的使用率，还可以将切口两侧、及可活动皮瓣11下表面的出血装置、阻力装置设置为可拆卸，如图4所示，设置与切口、可活动皮瓣11下表面结构吻合的硅胶层，硅胶层表面设置液囊，当经过切割及掀起操作后，液囊破裂，更换设置有液囊的硅胶层即可；还可以直接将充有模拟血液的液囊粘在切口内侧或者可活动皮瓣的下表面，当液囊受外力作用导致破裂，模拟血液流出。

仿真颅骨2包括活动连接的可拆卸骨瓣21。

仿真硬膜3设置一切口形成可活动膜瓣31。

仿真脑层4为一发光组件，包括LED屏、压力传感器，通过压力传感器接收外部操作数据包括仿真脑层4感受外部压力的大小，受力的时间长度，并传递给控制装置6，经数据处理分析，并传递给LED屏进行显示，以达到警示的作用，本方案中采用通过LED屏光线的强弱或者颜色的变化来显示操作者操作是否正确，还可以采用影音设备进行影音播放的方式进行警示。

病变模块5包括囊体及包覆在囊体***的模拟血管网层、模拟粘液层，根据不同的病症，可以设置囊体的大小、模拟血管网层的层数、模拟粘液层的层数，模拟血管网层的层数越多，表明囊体外血管网越密集，模拟粘液层的层数越多，表明囊体外组织液越充足。

操作流程：硬膜下血肿清除训练

1.设置病症：

控制装置6控制动力装置82驱动位于仿真硬膜3与仿真脑层4之间的支撑杆81进行上升运动，并带动承载着仿真硬膜3、仿真颅骨2、仿真表皮1的三层载物台7进行升高运动，使仿真硬膜3与仿真脑层4之间出现层空间；同时控制装置6控制六自由度机械手进行病变模块5的投放，机械手94在回转基座91、第一伸缩机构92、第二伸缩机构93的带动下，夹取位于容纳槽内的病变模块5，由于病变模块5设置了不同难易程度和形状，根据病症选择正确的病变模块5，并投放在仿真硬膜3与仿真脑层4间已打开的层空间的指定位置上；完成病变模块5的投放，控制装置6控制回转基座91、第一伸缩机构92、第二伸缩机构93带动机械手94恢复初始状态，同时控制动力装置82带动支撑杆81进行下降运动，带动承载着仿真硬膜3、仿真颅骨2、仿真表皮1的三层载物台7进行下降运动，使仿真硬膜3与仿真脑层4之间进行贴合，病症设置完成；

2. 操作训练：

1) 常规消毒：

2) 切开表皮：握持器械沿仿真表皮1的切口进行切割操作，针刺状的突出和液囊设计，使操作者能明显感受到真实的阻力，并模拟出血，将可活动皮瓣11掀起钳夹，下表面液囊破裂模拟皮下出血，操作者进行止血操作；

3) 去骨瓣：操作者将活动连接在仿真颅骨2上的可活动骨瓣21取下；

4) 切开硬脑膜：握持器械沿仿真硬膜3的切口进行切割操作，并将可活动膜瓣31悬吊；

5) 血肿清除：用手术器械夹取病变模块5，在夹取过程中，压力传感器检测手术器械是否接触到仿真脑层4，接触的时间长度和受力的大小，并将该检测数据反馈给控制装置6，经过分析处理，判断操作者的操作是否在正常允许范围内，并通过LED屏以光线的强弱或颜色的变化进行警示，如：在正常允许范围内，LED屏不亮，操作达标；超出正常允许范围，LED屏通过发光的强弱来提示操作者该操作不达标，强度越大，超出范围越多；

6) 装置复原：将悬吊的可活动膜瓣31回置；将取下的可活动骨瓣21回置；将钳夹的可活动皮瓣11回置；

7) 手术操作完成。

在上述硬膜下血肿清除训练过程中，所具有的四层仿真组织包括仿真表皮1、仿真颅骨2、仿真硬膜3、仿真脑层4，分别固定在四层载物台7上，在放置病变模块5的时候需要将上部三层载物台7向上抬起，为降低结构使用损耗，可以选择将仿真表皮1、仿真颅骨2、仿真硬膜3固定于一个载物台上。在其他实施例中，根据病症的位置，可进行相应的调整。

本发明中仿真表皮1处的出血装置为耗材，在进行下一次操作训练时，需要更换充有模拟血液的液囊。

载物台7设置凹槽71，确保了在不工作状态，即初始状态时，支撑杆81、动力装置82能够完全容纳于凹槽71内，所占空间高度不影响各仿真组织层间的接触。

本发明提供的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，不仅可以是前面所提到的头部模型，还可以是其他可以容纳层间定位投放装置的任何形状的外观。

Claims (10)

1.具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，包括仿真组织、病变模块，其特征在于，还包括层间定位投放装置、控制装置，所述层间定位投放装置包括1~N层支撑固定仿真组织的载物台、控制所述载物台进行升降运动的升降机构、六自由度机械手；所述载物台设置可容纳升降机构的凹槽；所述控制装置控制所述升降机构带动所述载物台进行升降运动，以及控制所述六自由度机械手进行夹取和投放病变模块。

2.根据权利要求1所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述六自由度机械手包括回转基座、与所述回转基座相连的第一伸缩机构、与所述第一伸缩机构旋转连接的第二伸缩机构以及设置在所述第二伸缩机构顶端的机械手，所述回转基座设置容纳槽，用于放置病变模块。

3.根据权利要求1所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述升降机构包括可实现上下运动的支撑杆、驱动所述支撑杆上下运动的动力装置。

4.根据权利要求3所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述支撑杆为剪叉式、套筒式、升缩式、升缩臂式、折臂式中的一种。

5.根据权利要求3所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述动力装置为液压缸、气缸、电机中的一种。

6.根据权利要求1所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述仿真组织包括仿真表皮，所述仿真表皮设置一切口，形成可活动皮瓣；切口内侧具有阻力装置，用来模拟进行表皮切割操作时产生的阻力；可活动皮瓣下表面具有出血装置，用来模拟进行表皮掀起操作时产生的出血。

7.根据权利要求5所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述仿真组织还包括仿真颅骨，所述仿真颅骨包括可拆卸骨瓣，可拆卸骨瓣与仿真颅骨活动连接。

8.根据权利要求6所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述仿真组织还包括仿真硬膜，所述仿真硬膜设置一切口，形成可活动膜瓣。

9.根据权利要求7所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述仿真组织还包括仿真脑层，所述仿真脑层为一发光组件，包括显示模块、检测模块，所述检测模块接收外部数据，并传递给所述控制装置，经数据处理分析，并传递给所述显示模块进行显示。

10.根据权利要求1所述的具有层间定位投放装置的开颅手术训练装置，其特征在于，所述病变模块包括囊体及包覆所述囊体的模拟组件；所述模拟组件包括1~N个模拟血管网层、1~N个模拟粘液层。