一种器械匹配方法及手术模拟系统与流程

本发明涉及手术模拟，具体涉及一种器械匹配方法及手术模拟系统。

背景技术：

1、现今已有成熟的商业手术模拟系统面世，国际较为知名的有腹腔镜、消化道内镜、关节镜等系列手术模拟系统。随着远程手术机器人技术全球范围内的推广，有些手术模拟系统被开发用于进行机械手臂的操作练习。有些电子设备公司开发出用于脑神经手术训练的手术模拟系统，以及实现了胆囊切除、宫外孕微创手术、卵巢囊肿切除术等腹腔镜手术的模拟。

2、手术模拟系统主要由虚拟现实图形设备和人机交互设备两大部分组成。虚拟现实图形设备主要负责数据运算处理，图形渲染，并显示手术场景，为培训医生提供模拟手术的视觉真实感，一般由具有高效实时图形运算能力的工作站和虚拟现实显示设备配合实现。人机交互设备主要负责操作信号的输入和反馈力触感的输出，让培训医生进行模拟手术的操作并提供触觉的真实感，一般由多传感器多自由度机械手及电机等力反馈设备构成。

3、但是，医生在使用手术模拟系统进行模拟手术时，通常是在模拟选择界面去选择所需要使用的手术器械，并进行标定，之后再进行手术操作；在使用的过程中，可能就会导致需要耗费大量的时间去选择合适类型和齿轮的手术器械，导致操作效率的低下，并且该过程与真实手术中的拿取器械有不同之处，导致手术模拟系统操作过程中的真实性较低。

技术实现思路

1、因此，本发明所要解决的技术问题在于医生在使用手术模拟系统进行模拟手术时，通常是在模拟选择界面去选择所需要使用的手术器械，并进行标定，之后再进行手术操作；在使用的过程中，可能就会导致需要耗费大量的时间去选择合适类型和齿轮的手术器械，导致操作效率的低下，并且该过程与真实手术中的拿取器械有不同之处，导致手术模拟系统操作过程中的真实性较低。

2、为此，本发明提供一种器械匹配方法，包括以下步骤：

3、接收待匹配器械在器械识别模块上的轮廓信息，所述器械识别模块适于设置在手术模拟系统上，所述轮廓信息为待匹配器械盖压在所述器械识别模块上时生成的；

4、根据所述轮廓信息，确定所述待匹配器械的类型；

5、基于待匹配器械的类型和型号，在手术模拟场景内的目标位置设置相应的虚拟手术器械。

6、可选地，上述的方法还包括：根据所述轮廓信息，确定所述待匹配器械的类型还包括以下步骤：

7、根据接收到所述轮廓信息的时间，实施检测器械识别模块中后一时间点的第一工作状态与前一时间点的第二工作状态；

8、当所述第一工作状态和所述第二工作状态一致时，根据轮廓信息，确定待匹配器械的器械图像轮廓，将所述器械图像轮廓与所述手术模拟系统中预存的相应的虚拟手术器械进行匹配，确定待匹配器械的类型。

9、可选地，上述的方法还包括：根据所述器械图像轮廓计算所述待匹配器械对应的尺寸，与手术模拟系统的数据库中的各个虚拟手术器械的具体子型号进行进一步的匹配，确定待匹配器械的型号。

10、可选地，上述根据轮廓信息，确定待匹配器械的器械图像轮廓具体包括以下步骤：

11、将轮廓信息转化为数字化矩阵图像；基于数字化矩阵图像，利用分割方法将数字化矩阵图像转化为待匹配器械的器械图像轮廓。

12、可选地，上述的方法还包括：还包括以下步骤：接收位姿传感器发送的位姿信息，所述位姿传感器安装在所述待匹配器械上，所述位姿信息为所述待匹配器械放置在所述器械识别模块上时的静止状态所生成的；

13、根据所述位姿信息，对所述手术模拟场景内的目标位置进行精细化处理。

14、可选地，上述的方法还包括：还包括以下步骤：

15、预配置所述器械识别模块在所述手术模拟场景中的空间位置；

16、根据所述空间位置的信息对所述手术模拟场景内的目标位置进行初始化处理。

17、一种手术模拟系统，其特征在于，包括：

18、场景搭建模块，所述场景搭建模块用于搭建手术模拟场景，所述手术模拟场景包括虚拟手术器械；

19、器械识别模块，所述器械识别模块用于承接所述待匹配器械并对所述待匹配器械进行识别，且在场景搭建模块中自动匹配对应的虚拟手术器械；

20、其中，所述器械识别模块包括承接结构和计算模块，所述承接结构用于承接待匹配器械并生成轮廓信息，所述计算模块用于接收所述轮廓信息并进行计算，所述场景搭建模块依据所述计算模块的计算结果在所述手术模拟场景中匹配并选择生成相应的虚拟手术器械。

21、可选地，上述的承接结构包括若干个阵列设置的承接件，所述承接件包括：

22、基座，所述基座的顶端设置有第一传感器；

23、弹性连接件，所述弹性连接件设置在所述基座的顶部；

24、承接部，所述承接部固定在所述弹性连接件远离所述基座的一端，所述承接部的底端对应所述第一传感器设置有第二传感器；

25、其中，当所述待匹配器械放置到承接结构上并向下按压其接触到的多个所述承接部的过程中，多个所述承接部底端的所述第二传感器与所述第一传感器的距离发生改变以使所述第一传感器和所述第二传感器产生轮廓信息。

26、可选地，上述的场景搭建模块包括：

27、手术仿体模块，用于搭建可供用户操作的手术仿体；

28、显示模块，用于呈现搭建完成的所述手术仿体和识别匹配完成的虚拟手术器械。

29、可选地，上述的承接结构还包括定位板和定位主机模块；

30、所述定位板沿着所述承接结构的宽度方向设置在所述承接部远离所述基座的一侧，所述定位板用于向所述待匹配器械的放置提供基准。

31、所述定位主机模块与位姿传感器互通以对所述模拟场景中的虚拟手术器械进行初始化定位。

32、本发明提供的技术方案，具有如下优点：

33、1.本实施例一种器械匹配方法，包括以下步骤：接收待匹配器械在器械识别模块上的轮廓信息，所述器械识别模块适于设置在手术模拟系统上，所述轮廓信息为待匹配器械盖压在所述器械识别模块上时生成的；根据所述轮廓信息，确定所述待匹配器械的类型和型号；基于待匹配器械的类型和型号，在手术模拟场景内的目标位置设置相应的虚拟手术器械。

34、此方法提供了一种器械匹配方法，可以作用于手术模拟手术系统，具体包括以下步骤：s1、接收待匹配器械在器械识别模块上的轮廓信息；待匹配器械可以是手术器械，包括手术中常用的手术电刀、剪刀等，待匹配器械盖压在器械识别模块上，器械识别模块被待匹配器械本体压合的区域会产生信号，该信号即为轮廓信息。s2、根据所述轮廓信息，确定所述待匹配器械的类型和型号；待匹配器械的类型包括剪刀类、钳类和锉刀类等；s3、基于待匹配器械的类型和型号，在手术模拟场景内的目标位置设置相应的虚拟手术器械。当手术模拟系统根据轮廓信息确定待匹配器械的类型和型号之后，手术模拟系统会在手术模拟场景的目标位置自动生成与待匹配器械的类型和型号一致的虚拟手术器械，目标位置为待匹配器械放置在器械识别模块上所在的位置所映射到虚拟手术器械在手术模拟场景内的位置，从而在手术模拟系统生成虚拟手术器械之后，医生可以直接拿出待匹配器械进行操作，避免了待匹配器械移动的距离和虚拟手术器械在手术模拟场景中移动的距离和方向的不同，导致手术模拟出现困难。通过将待匹配器械放置在器械识别模块上，生成轮廓信息，手术模拟系统可以自动识别待匹配器械的类型，从而根据待匹配器械的类型，在手术模拟场景中自动生成相应的虚拟手术器械，且可以直接在手术模拟场景中的目标位置设置，节省了医生频繁地在模拟选择界面去选择所需要使用的手术器械，并进行标定，之后再进行手术操作的步骤，拿取待匹配器械的过程往往比在模拟截面选择点击并标定的所消耗的时间更短，并且后续计算和生成虚拟手术器械的步骤均为系统计算，消耗的时间更少，因此，医生在模拟手术的过程中，操作效率会更高，且该手术模拟过程也有着拿取待匹配器械的过程，因此在手术模拟过程中会更加有操作真实性。且能够合理的模拟出该手术所花费的时间，提高后续真实手术中的成功率。