腹腔镜训练器的作业工具以及操纵和测量套件的制作方法

本发明涉及一种腹腔镜训练器的作业工具以及操纵和测量套件，用于训练和练习用腹腔镜技术进行微创手术所需的特殊手动技能。

背景技术：

根据本发明的作业工具以及操纵和测量套件特别适用于训练器，以增进手术技术的学习和提高，包括对所执行的训练进行自动评估并且能够跟踪学习曲线。

美国专利申请us2005142525公开了一种用于外科腹腔镜程序的训练设备。该设备包括跟踪系统，该跟踪系统用于在训练程序中跟踪一个或多个作业器械的位置，并基于使用手术器械的位置信息的指示器来客观评估受训人员的表现。可以将培训程序期间器械位置的信息与专家使用时的器械位置信息进行比较，以生成分析结果。该设备具有呈管状套筒形式的作业工具，该作业工具的一侧的端部为带有固定臂和可动臂的柄，而另一侧包括抓握构件。该作业工具以限制器确定的深度位于套管针轴中。该作业工具包括用于跟踪抓握构件的位置的霍尔传感器。该传感器可以偏离该作业工具的轴。该设备还具有滚动和轴向运动编码器。

欧洲专利ep2922048公开了一种混合式腹腔镜模拟器。根据该发明的模拟器装配有腹腔镜器械模仿器。每个腹腔镜器械模仿器以真实器械的形式制成，并且包括传感器单元，另外独立于套管针模仿器，每个套管针模仿器耦合到该套管针模仿器的相应位移节点，并且跟踪并确定该套管针模仿器在机器人患者的腹腔前壁上的位置。位于通道套管针保持器中的腹腔镜器械的模仿器包括纵向杆，该纵向杆的尖端设有钳子，该钳子由在杆的相对侧上的手柄臂控制。腹腔镜器械手柄的端部为法兰螺母，在其下方有一组传感器，其中包含微控制器、杆旋转传感器、用于检测杆尖端钳子张开的传感器、与位于套管针中的腹腔镜工具类型检测传感器配合使用的红外led。套管针主体框架包括纵向运动检测传感器、x方向和y方向旋转传感器，并且具有保持辊的导轨单元在套管针主体框架中引导腹腔镜模仿器的纵向杆。

美国专利说明书us5403191公开了一种腹腔镜训练器，其中，单个用户可以通过重复在实际的真实生命条件下执行的操作步骤来练习内窥镜手术程序，从而学习该技术并不断提高手眼协调能力和手动灵活性。置于套管针中的手术器械通过透明塑料面板上预先设置的孔插入设备内，并且在执行练习程序时对器械进行操纵而无需在训练过程中直接看到它们。受训人员使用内窥镜视频监控系统或通过模仿真实生命操作条件的类似间接观察方法来仿效和引导器械。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够进行手动和虚拟腹腔镜训练的腹腔镜训练器的作业工具以及操纵和测量套件的简单的功能性结构。

本发明的对象是一种腹腔镜训练器的作业工具，其具有套筒形式，设置有具有固定臂(7)的手柄(6)和用于操纵作业尖端(4)的钳口(5)的具有刚性拉杆(9)的可动臂(8)，其特征在于，所述作业工具包括容纳在作业工具(1)的手柄(6)内的用于检测作业尖端(4)的钳口(5)的开度的传感器单元(10)，该传感器单元(10)包括第一反射传感器(11)和第一反射器(12)，其中开度传感器(10)的这些元件之一附接到作业工具(1)的手柄(6)，并且另一个安装在拉杆(9)上。

本发明的对象还是一种腹腔镜训练器的操纵和测量套件，其包括根据本发明的作业工具(1)和套管针(2)，其中该套管针具有用于将作业工具(1)可滑动地安置在其中的引导通道(15)。

优选地，该套件包括用于测量作业工具(1)的插入深度的传感器单元，该传感器单元包括附接到所述套管针的第二反射传感器(21)和附接到作业工具(1)的第二反射器(13)。

优选地，第二反射传感器(21)位于套管针(2)中，并且套管针(2)在其盖(14)中具有与第二反射传感器(21)对置的用于光束的至少一个通孔(17)。

优选地，所述套件包括用于测量作业尖端(4)的旋转的传感器单元，该传感器单元包括可旋转地安装在引导通道(15)的轴线的编码器盘(25)和用于测量编码器盘(25)的旋转的编码器传感器(23)。

优选地，编码器盘(25)优选地通过套筒保持器(24)连接到具有压辊(27)的压力单元(26)。

优选地，所述套件包括居中地位于引导通道(15)的轴线的用于检测所述作业工具的存在的传感器(20)。

优选地，所述套件包括所述作业工具的两个轴线的倾斜传感器，优选为mems传感器(22)的形式。

优选地，所述套管针包括位于引导通道(15)的轴线的具有中心孔(19)的水平板(18)，第二反射传感器(21)和/或用于检测作业工具(1)的存在的传感器(20)和/或作业工具的倾斜传感器和/或编码器传感器(23)位于该水平板上。

优选地，所述套件包括作业工具(1)和套管针(2)，其中作业工具(1)具有套筒形式，设置有具有固定臂(7)的手柄(6)和用于操纵作业尖端(4)的钳口(5)的具有刚性拉杆(9)的可动臂(8)，并且装配有用于检测作业尖端的钳口的开度的传感器，并且漏斗形状的套管针具有用于将所述作业工具可滑动地紧固在其中的引导通道(15)和用于引导作业工具(1)的具有压辊(27)的压力单元(26)，并且装配有用于确定表征所述作业工具的操作的必要参数的传感器，包括用于检测所述作业工具的存在的传感器(20)、用于测量所述作业工具的插入深度的传感器、用于检测所述作业工具的类型的传感器、所述作业工具的两个轴线的倾斜传感器、所述作业工具的尖端的旋转传感器、以及具有旋转盘的编码器，其中用于检测作业尖端(4)的钳口(4)的开度的传感器(5)包括永久地安装在作业工具(1)的手柄(6)中的第一反射距离传感器(11)和位于第一反射距离传感器(11)下方或上方的、垂直地固定到刚性拉杆(9)的第一反射器(12)，刚性拉杆(9)连接到手柄(6)的可动臂(8)的端部，而在套筒(3)的上端和手柄(6)的底部之间居中地安装有第二平反射器(13)，第二平反射器(13)用于从第二反射传感器(21)测量位于套管针(2)中的作业工具(1)的插入深度，并且套管针(2)在其盖(14)中具有用于光束的至少一个通孔(17)，并且用于测量安装在该通孔中的作业工具(1)的插入深度的第二反射传感器(21)与通孔(17)对置，而用于测量作业工具(1)的作业尖端(4)的旋转的编码器传感器(23)被附接为与经由套筒保持器(24)可旋转地固定在引导通道(15)的轴线的编码器盘(25)的外部相对，而用于检测作业工具的存在的传感器(20)居中地位于导向通道(15)的轴线。

根据本发明的作业工具以及操纵和测量套件的特征在于允许进行手动训练以及虚拟训练的简单的结构，因此有助于降低训练成本。它还允许在训练中使用功能齐全的腹腔镜器械，从而使医学模拟接近手术室中普遍存在的条件。

用于检测作业工具的钳口开度的传感器隐藏在手柄内，因此它不会妨碍对工具的操纵。反射传感器与反射器的一起使用允许在工具手柄内部进行不显眼的安装。这样的解决方案不会改变腹腔镜工具的外部形状，这使得模拟能够忠实地再现现实。

在所述操纵和测量套件中使用传感器来确定表征作业工具的操作的参数，允许在完成训练后直接计算作业工具尖端的运动轨迹。在完成训练之后恢复作业工具尖端的运动轨迹的可能性允许对作业工具的运动的效率和平滑度进行全面分析。

可以根据以下参数来分析手动训练：作业工具尖端的行进距离；作业工具的瞬时速度和加速度；作业工具的作业尖端的夹持次数；作业工具运动的平滑度-作业工具在照相机视野中的可见性。

基本技能和缝合的腹腔镜训练将能够在物理对象上手动进行，而手术程序训练将在模拟的虚拟环境中进行。它排除了使用昂贵的一次性器官模仿盒的需要。

附图说明

在附图的一个实施例中示出了本发明的对象，其中：

图1以纵向截面示意性示出腹腔镜训练器的操纵和测量套件，

图2以纵向截面示意性示出来自腹腔镜训练器的操纵和测量套件的套管针，

图3以纵向截面示出套管针的替代方案。

具体实施方式

实施例1

图1和图2示出由作业工具1和套管针2组成的操纵和测量套件。作业工具1包括套筒3，套筒3在底部设置有带有钳口5的作业尖端4，并且在顶部设置有具有固定臂7的手柄6和用于通过刚性拉杆9操纵作业尖端4的钳口5的可动臂8。手柄6包括用于检测作业尖端4的钳口5的开度的传感器单元10，传感器单元10包括永久地固定在作业工具1的手柄6中的第一反射距离传感器11和位于第一反射距离传感器11下方的垂直地固定到刚性拉杆9的用于光反射的第一平反射器12，刚性拉杆9连接到手柄6的可动臂8的端部。在套筒3的上端和手柄6的底部之间居中地安装有第二平反射器13，第二平反射器13用于反射来自第二反射传感器(21)的光，以测量作业工具的插入深度。

套管针2具有漏斗形状的主体，该主体通过盖14从顶部封闭。在该主体内部，具有轴向定位的用于作业工具1的导向通道15。套管针盖2具有布置于导向通道15的轴线的用于作业工具1的导入孔16和用于光束的通孔17。在套管针2的盖14的下方，具有水平板18，水平板18具有位于引导通道15的轴线的中心孔19。在套管针2的水平板18上设置有：位于中心孔19附近的用于检测作业工具20的存在的传感器；位于套管针2的盖14中的通孔17下方的光学距离传感器形式的用于测量作业工具1的插入深度的第二反射传感器21；以及用于测量套管针的两个轴线的倾斜的mems传感器22。mems传感器22，即3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁力计告知作业工具1的轴线的倾斜角。在套管针2的水平板18的底部安装有编码器传感器23，用于测量作业工具1的作业尖端4的旋转。在套管针2的水平板18下方，通过在引导通道15的轴线上的套筒保持器24可旋转地固定编码器盘25，通过编码器传感器23测量盘的旋转。带有压辊27的压力单元26附接到编码器盘25的套筒保持器24的下部，压力单元26允许在引导通道15中直线引导作业工具1。具有压辊27的压力单元26在套筒3旋转期间提供阻力，使得编码器盘25随着套筒3的旋转一起旋转。

实施例2

图1和图3示出具有如实施例1中制造的替代套管针的操纵和测量套件，其不同之处在于，具有中心孔19的水平板18位于套管针2的底部，在引导通道15上方，其中用于测量与其固定的作业工具的作业尖端4的旋转的编码器传感器23位于其上表面上。编码器盘25又经由套筒保持器24附接在水平板18上方，而带有压辊27的压力单元26附接到套筒保持器24的上部。