TW201303807A - 一種具有告警功能的外科手術模擬系統以及模擬外科手術的方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種具有告警功能的外科手術模擬系統以及模擬外科手術的方法。本發明的具有告警功能的外科手術模擬系統包含有一動物模型、一器具、一元件定位裝置、一運算裝置以及一告警裝置。本發明開創性地整合磁性感測技術以及告警裝置以使使用者得於在訓練期間得知器具以及動物模型的位置以及其相對關係，同時，本發明的告警裝置以各種不同的告警方式來協助使用者在受訓期間判斷器具的行進路徑是否正確。相對於先前技藝，本發明具有便宜、效率高、使受訓者可於無幅射的環境中接受訓練以及不易忽略系統提示的優點。

Description

一種具有告警功能的外科手術模擬系統以及模擬外科手術的方法

本發明揭露了一種具有告警功能的外科手術模擬系統，更明確的說，是一種得以根據系統中各個裝置的座標對使用者發出各種告警信號的外科手術模擬系統。

微創手術是現今所有外科手術的新趨向，自九十年***始漸漸被的接受，至今已被廣泛應用於多種的外科手術。現今手術科技之發展，外科醫生只需通過數個小切口或如口腔及肛門等身體之天然開口，便能把內視鏡及各種微小精細的儀器放入體內進行手術，從而代替需要大切口才能完成的傳統手術。由於微創手術應用的儀器較為精確，因此能減少手術所帶來的創傷性及出血量，使病人在手術後能較快地康復及較早出院，亦能把留下的疤痕、傷口、痛楚及感染的機會大大減少。

習知微創手術有搭配導航裝置的系統又稱C-arm影像輔助手術導航系統，其原理是由利用如X光機的放射性影像成像機取得兩張患者患處的影像資料，以讓醫師可藉由影像上器械與目標方位的差異，來得知器械位於患處的方位。再者，為使醫護人員進行上述手術的訓練，現存的訓練系統中係使用動物的身體模型配合真實手術時會應用的器具或器具配合X光來讓醫護人員進行訓練。

再者，醫護人員將手術器具或器具進入動物身體模型的特定位置時，各個特定位置將具有一相對應的標準路徑，若未按該標準路徑行進，則該行為將為錯誤。然而，在利用先前技術的訓練系統進行訓練時，醫護人員於操作時將無法得知其器具或器具是否乎合標準路徑，唯有透過大量X光投影片的拍攝來確認是否正確。據此，在習知的訓練機制中，醫師在進行微創手術的訓練時，將無可避免地接受到大量的放射性照射。

另外，在習知的訓練機制中，訓練系統大多利用靜態影像來對使用者進行提示，然而，屢見使用者忽視靜態影像提示之情事。

因此如何讓醫護人員在接受C-arm影像輔助手術導航系統的訓練時，讓其得知器具或器具進入動物身體模型的路徑是否正確的同時減少或避免照射劑量的累積的同時，減少使用者忽視系統提示的狀況，實為所屬技術領域存在已久且無法解決的問題。

有鑑於此，本發明之一範疇在於提供一種具有告警功能的外科手術模擬系統，係用於對醫護人員進行外科手術的訓練。為維持說明書之簡潔，本發明的具有告警功能的外科手術模擬系統於下文中將以外科手術模擬系統一詞表示。本發明的外科手術模擬系統係包含有一動物模型、一器具、一元件定位裝置、一運算裝置以及一告警裝置。

動物模型包含一主體部以及一感測模組。主體部係具有一容置部，而感測模組係設置於容置部中，用以供元件定位裝置進行感測並產生相對應於主體部的座標資料。再者，動物模型的主體部係具有一預設範圍。元件定位裝置係用以對器具以及動物模型進行感測，藉由根據器具以及動物模型的位置以分別產生一相對應的座標資料。運算裝置係與元件定位裝置耦接，用於根據器具以及動模型的座標資料與預設範圍進行比較以得出一差距資料或一差角資料，並根據差距資料或差角資料判斷並產生一相對應的告警信號。告警裝置則係與運算裝置耦接，用以根據告警信號對使用者進行相對應的告警。

於實際使用時，本發明外科手術模擬系統進一步包含有一介面裝置，與運算裝置耦接。介面裝置係用以供使用者輸入一控制指令以對告警信號進行相對應的調整。

另外，告警裝置可為一語音播放裝置或圖像顯示裝置。

除此以外，本發明之另一範疇在於提供一種模擬外科手術的方法，其包含有步驟S1至步驟S7。步驟S1為準備一動物模型；步驟S2為準備一器具；步驟S3為自一使用者取得一控制指令；步驟S4為對器具以及動物模型進行感測以根據器具以及動物模型的位置以分別產生一相對應的座標資料；步驟S5為根據差距資料或差角資料判斷器具是否於預設範圍內並產生一相對應的告警信號。步驟S6為根據告警信號對使用者進行一告警。

簡而言之，本發明係整合磁性感測技術以及告警裝置，以使使用者得於在訓練期間得知器具以及動物模型的位置以及其相對關係，同時，本發明的告警裝置以各種不同的告警方式來協助使用者在受訓期間判斷器具的行進路徑是否正確。相對於先前技藝，本發明具有便宜、效率高、使受訓者可於無幅射的環境中接受訓練以及不易忽略系統提示的優點。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

為使本發明能更清楚的被說明，請參照以下本發明詳細說明及其中所包括之實例，以更容易地理解本發明。

本說明書僅對本發明之必要元件作出陳述，且僅係用於說明本發明其中之可能之實施例，然而說明書之記述應不侷限本發明所主張之技術本質的權利範圍。除非於說明書有明確地排除其可能，否則本發明並不侷限於特定方法、流程、功能或手段。亦應瞭解的是，目前所述僅係本發明可能之實施例，在本發明之實施或測試中，可使用與本說明書所述裝置或系統相類似或等效之任何方法、流程、功能或手段。

除非有另外定義，否則本說明書所用之所有技術及科學術語，皆具有與熟習本發明所屬技術者通常所瞭解的意義相同之意義。本說明書目前所述者僅係實例方法、流程及其相關資料。然而在本發明之實際使用時，其可使用與本說明書所述方法及材料相類似或等效之任何方法及手段。

再者，本說明書中所提及之一數目以上或以下，係包含數目本身。且應瞭解的是，本說明書揭示執行所揭示功能之某些方法、流程，存在多種可執行相同功能之與所揭示結構有關之結構，且上述之結構通常可達成相同結果。另外，本說明書若有使用耦接或電性連接一詞，其係泛指元件間具有能量、信號或資料的傳輸行為，元件間並不以實際連接為必要。

再者，圖式僅為表達本創作之精神，其不以等比為必要，使用者得據所屬技術領域之知識自由的將各結構元件之比例放大或減小。另外，本說明書中的各圖式間的各元件間之比例已經過調整以維持各圖面的簡潔，故此，除特別注明外，本說明書中的圖面中的各個元件的相對應大小、位置以及形狀均僅供參考，在不脫離本發明的發明觀念下，各個元件的大小、位置以及形狀等特徵之安排端看使用者之要求而自由變更。另外，考量本發明之各元件之性質為相互類似，故各元件間的說明、標號為相互適用。

本發明揭露一種具有告警功能的外科手術模擬系統，更明確的說，是一種得以根據系統中各個元件的狀態對使用者發出告警的外科手術模擬系統。為維持說明書之簡潔，本發明的具有告警功能的外科手術模擬系統於下文中將以外科手術模擬系統一詞表示。為對本發明的外科手術模擬系統進行說明，請參閱圖一，圖一繪述了本發明外科手術模擬系統的功能方塊圖，本發明外科手術模擬系統1包含有一動物模型12、一器具14、一元件定位裝置15、一運算裝置16、一介面裝置18以及兩種不同的告警裝置19。以下將對上述各個裝置、模組以及元件分別就其結構、用途以及其他細節進行更進一步的說明。

動物模型12係用以模擬一動物身體，更明確的說，其並不以模擬人類的身體為限，動物模型12亦得由其他動物身體的各部份如四肢、頭部、骨骼、體液或內臟擇一或組合而形成。動物模型12的外觀、質感、重量、硬度、黏性、放射性光線的吸收能力等物理及化學特性，均能按使用者的需要自由調整或模擬。更甚者，動物模型12不以模擬為限，其亦得為整體或部份為真實的動物身體。

於本具體實施例中，本發明外科手術模擬系統係用於模擬一將椎莖螺絲植入脊椎的外科微創手術，動物模型12的主要組成元素將包含一椎體骨。於本具體實施例中，動物模型12係由一主體部122，一組織層124以及一皮膚層126所所組成，然而動物模型12的組成元件並不以上述的例子為限。於本具體實施例中，主體部122用以模擬一椎體骨，皮膚層126係用以模擬一動物之皮膚，而組識部124則係用於模擬一動物之肌肉組織。其中，於本具體實施例的主體部122係具有一容置部1222。容置部1222係設置有一感測模組11，用以供元件定位裝置15感測並取得主體部122的座標資料。

感測模組11係泛指用於量測感測模組11所在表面的狀態並可產生一座標資料的電子元件。於本具體實施例中，感測模組11為一磁性感測元件，然而其不以磁性感測元件為限，按其需要，感測模組11亦得為一光學感測元件。

於本具體實施例中，上述提及的座標資料係包含了六個參數，其分別為X軸、Y軸以及Z軸的座標位置以及感測模組11所處表面向X軸、Y軸、Z軸的夾角。透過取得其所處表面的上述六個參數以及其相對應模組的外部模型，則可精確的知得感測模組11所處模組的座標以及傾斜角等其他參數。再者，上述的座標資料亦得為一相對座標位置、傾角、速度、加速度或其他物理參數。

本發明的器具14係泛指透過皮膚層126進入動物模型12的元件。更明確的說，於本具體實施例中，器具14為一套管針(TROCAR)。然而其不以套管針為必要，其亦得為一螺絲刀、一手術刀、一內視鏡或其他外科手術工具或如金屬釘等植入物。其中，該器具14係設置有一感測模組11。

本發明的元件定位裝置15係泛指一用於感測、收集感測模組11之座標資料的裝置。更明確的說，元件定位裝置15係用以對該器具14以及該動物模型12進行感測並根據該器具14以及該動物模型12的位置以分別產生一相對應的座標資料。於本具體實施例中，本發明的元件定位裝置15為一磁場定位接收器。

於本具體實施例中，運算裝置16係耦接於完件定位裝置15、介面裝置18以及告警裝置19。運算裝置16係用於根據該器具14以及該動物模型12的該座標資料與該預設範圍20進行比較以得出一差距資料24或該差角資料22，並根據該差距資料24或該差角資料22判斷並產生一相對應的告警信號。於本具體實施例中，運算裝置為一個人電腦，然而其不以此為限。預設範圍20、差距資料24以及差角資料22的定義將於下列說明。

上述之預設範圍20一詞係泛指器具14欲對動物模型12的主體部122上的指定位置進行接觸時所相對應容許的正確路徑。換而言之，按指定位置的不同，預設範圍20亦將為相異。而差距資料24以及差角資料22則係泛指器具14的實際位置、角度相對於動物模型12上的指定位置的預設範圍20間的差值。另外，指定位置係指主體部122上的任意一表面。

為使本發明能清楚表達其意，以下將以圖二A以及圖二B說明差距資料以及差角資料的定義。圖二A以及圖二B係分別繪述了本發明的一具體實施例的差角資料以及差距資料的示意圖。由圖可見，於本具體實施例中，差距資料24係以器具14的末端位置對預設範圍20的週邊取一最小距離以做為差距資料24。差角資料22係以器具14的延伸方向對預設範圍20的週邊取一最小的夾角以為差角誤差。另外，在計算差距資料24以及差角資料22時，其計算方式不以上述為方式為限，其實際之設定端看使用者之需求而得自由調整。

告警裝置19與運算裝置16耦接，用以根據運算裝置16所產生的告警信號對該使用者進行相對應的告警。上述的告警係泛指任何對得讓使用者得知本系統訊息的行為。於本具體實施例中，告警裝置19得為一語音播放裝置，用以透過預先錄製的語音檔案來告知使用者相對應的訊息。再者，其不以僅具有一告警裝置19為限，於本具體實施例中，其進一步具有另一告警裝置19，其為一圖像顯示裝置，其得以影像的方式對使用者提供資訊。更明確的說，上述的圖像顯示裝置為一顯示屏。另外，告警裝置19不以上述的聲音、圖像為限，其亦得為閃光、震動或其他得以替代其功能的元件為之。上述的圖像得包含一數字、圖式，甚至是動物模型12以及器具14的模擬三維示意圖，以助使用者理解各元件間的相對關係。

其中，本發明的外科手術模擬系統係具有一即時告警模式。當即時告警模式係處於開啟狀態時，運算裝置16將會在器具14以及該動物模型12的該座標資料與該預設範圍20進行比較以得出一差距資料24或該差角資料22，而當差距資料24或差角資料22係超出一預設值時，無需使用者透過介面裝置18進行控制，運算裝置16將自動的根據差距資料24或差角資料22產生一相對應的告警信號並即時地透過告警裝置19對使用者進行告警。而當即時告警模式係處於關閉狀態時，運算裝置16將只會於接收到介面裝置18之信號時方會啟動告警裝置19。

請再參閱圖一，由圖可見，本發明進一步包含有一介面裝置18。介面裝置18係與該運算裝置16耦接，該介面裝置18係用以供該使用者輸入一控制指令以藉由運算裝置16以對該告警信號進行調整。於本具體實施例中，介面裝置18可以是但不限於一踏板。更進一步地，透過調整踏板踏持時間的長度或頻率，使用得得藉由介面裝置18對運算裝置16進行控制以使運算裝置16對告警信號進行一相對應的調整以對告警裝置19或系統中的其他裝置或模組進行進一步的控制。更明確的說，使用者得透過介面裝置18來開、關告警裝置19或開啟、關閉即時告警模式。

在對各個裝置進行說明後，以下將對本發明系統的應用以及其流程進行一細部說明。請參閱圖三，圖三繪述了本發明的一種模擬外科手術的方法之一具體實施例的流程圖。

首先，進行步驟S1。步驟S1為準備一動物模型，其中動物模型本身係具有一預設範圍。接著進行步驟S2，步驟S2為準備一器具，其中步驟S1以及S2不以先後排序為限。考量動物模型以及器具已於說明書之他部己有說明，故將省略。

接著，進行步驟S3，步驟S3為自一使用者取得一控制指令。更明確的說，係使用者透過介面裝置對告警裝置輸入一控制指令以對告警裝置進行控制。

接著，進行步驟S4，步驟S4為對器具以及動物模型進行感測，藉由根據該器具以及該動物模型的位置以分別產生一相對應的座標資料。更明確的說，係利用元件定位裝置對器具以及動物模型進行感測後分別產生一座標資料。

接著，進行步驟S5，步驟S5為根據差距資料或差角資料判斷器具是否於預設範圍內並產生一相對應的告警信號，更明確的說，係利用運算裝置來根據差距資料或差角資料判斷該器具是否於預設範圍內。若是，則發出一告警信號以使告警裝置播放「位置正確」之語音檔；若否，則發出一告警信號以使告警裝置播放「位置再調整」之語音檔。

接著，進行步驟S6，步驟S6為根據控制指令來調整告警信號。更明確的說，係利用步驟S3自使用者取得的控制指令來決定告警行為的選擇或告警行為的設定，例如，使用者得透過介面模組來選擇告警裝置係利用語音或利用圖像來對使用者進行告警。

接著，進行步驟S7，步驟S7為根據告警信號對使用者進行一告警行為。更明確的說，步驟S7係指透過顯示屏或語音播放裝置來將系統中各個元件間的相對關係告知使用者。

簡而言之，本發明整合了磁性感測技術以及告警裝置，以使使用者得於在訓練期間得知器具以及動物模型的位置以及其相對關係，同時，本發明的告警裝置以各種不同的告警方式來協助使用者在受訓期間判斷器具的行進路徑是否正確。相對於先前技藝，本發明具有便宜、效率高、使受訓者可於無幅射的環境中接受訓練以及不易忽略系統提示的優點。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1．．．外科手術模擬系統

11．．．感測模組

12．．．動物模型

122．．．主體部

1222．．．容置部

124．．．組識部

126．．．皮膚層

14．．．器具

15．．．元件定位裝置

16．．．運算裝置

18．．．介面裝置

19．．．告警裝置

20．．．預設範圍

22．．．差角資料

24．．．差距資料

S1~S7．．．流程步驟

圖一繪述了本發明的外科手術模擬系統的一具體實施例的功能方塊圖。

圖二A繪述了本發明的差角資料的一具體實施例的示意圖。

圖二B繪述了本發明的差距資料的一具體實施例的示意圖。

圖三繪述了本發明的一種模擬外科手術的方法之一具體實施例的流程圖。

S1~S7．．．流程步驟

Claims (7)

1. 一種具有告警功能的外科手術模擬系統，該外科手術模擬系統包含：一動物模型，具有一預設範圍；一器具；一元件定位裝置，用以對該器具以及該動物模型進行感測，藉由根據該器具以及該動物模型的位置以分別產生一相對應的座標資料；一運算裝置，與該元件定位裝置耦接，用於根據該器具以及該動模型的該座標資料與該預設範圍進行比較以得出一差距資料或一差角資料，並根據該差距資料或該差角資料判斷並產生一相對應的告警信號；以及一告警裝置，與該運算裝置耦接，用以根據該告警信號進行相對應的告警。
2. 如申請專利範圍第1項的具有告警功能的外科手術模擬系統，其進一步包含有：一介面裝置，與該運算裝置耦接，該介面裝置係用以供該使用者輸入一控制指令以對該告警信號進行相對應的調整。
3. 申請專利範圍第1項的具有告警功能的外科手術模擬系統，其中該動物模型包含有：一主體部，具有一容置部；以及一感測模組，係設置於該容置部中，用以供該元件定位裝置進行感測並產生相對應於該主體部的該座標資料。
4. 如申請專利範圍第1項的具有告警功能的外科手術模擬系統，該告警裝置為一語音播放裝置。
5. 如申請專利範圍第1項的具有告警功能的外科手術模擬系統，該告警裝置為一圖像顯示裝置。
6. 一種模擬外科手術的方法，其包含以下步驟：準備一動物模型，該動物模型具有一預設範圍；準備一器具；對該器具以及該動物模型進行感測，藉由根據該器具以及該動物模型的位置以分別產生一相對應的座標資料；根據該差距資料或該差角資料判斷該器具是否於該預設範圍內並產生一相對應的告警信號；以及根據該告警信號進行一告警。
7. 如申請專利範圍第6項的模擬外科手術的方法，其進一步包含以下步驟：自一使用者取得一控制指令；以及根據該控制指令來調整該告警信號。