一种沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台的制作方法_2

文档序号:9844884阅读:来源:国知局
集线器(182)连接,集线器(182)再与步进电机(184)连接,控制上端显示台(I)向上运动;控制上端显示组件向下运动按钮(23B)也通过电缆与集线器(182)连接,集线器(182)再与步进电机连接(184),控制上端显示组件(I)向下运动;10寸液晶触摸屏用于虚拟手术训练时的手术器械(手术刀、触诊棒)切换、视角的调整、训练文件数据的新建、删除和保存;
[0023]此外,中端控制台(2)的内凹槽平板台面(27)上的左右两边各设计有一个结构相同的力反馈设备安装凹槽一 (26A)与力反馈设备安装凹槽二 (26B);左右两台结构相同的力反馈设备分别放在力反馈设备安装凹槽二 (26B)与力反馈设备安装凹槽一 (26A)中,左右两台力反馈设备的通信电缆线分别穿过两个结构相同的通孔二 (25B)和通孔一 (25A)后连接在工作站(32)的USB接口上;
[0024]中端控制台(2)上的支撑板(28)左右两侧共有六个结构相同的孔,分别描述为:孔九(28A)、孔十(28B)、孔^^一(28C)、孔十二(28D)、孔十三(28E)、孔十四(28F);其中,支撑板
(28)右侧的孔九(28A)、孔十(28B)和孔十一(28C)用于上端右侧面支撑板(IlA)的固定,支撑板(28)左侧的孔十二(28D)、孔十三(28E)和孔十四(28F)用于上端左侧面支撑板(IlB)的固定;
[0025]支撑板(28)的下侧有四个结构相同的通孔,分别描述为:通孔三(28G)、通孔四(28H)、通孔五(281)和通孔六(28J);中端控制台(2)上的内凹槽平板台面(27)后面有四个结构相同的孔,分别描述为:孔十五(28K)、孔十六(28L)、孔十七(28M)和孔十八(28N);固定螺钉分别穿过支撑板(28)的下侧这四个结构相同的通孔后插入内凹槽平板台面(27)的后面的四个孔中,将支撑板(28)固定在控制台面上;
[0026]虚拟手术训练开始后,训练者首先按下电源开关按钮(21)打开整个虚拟手术训练平台的电源;接着,按下系统开机按钮(22)启动计算机图形工作站(32);随后,通过嵌入在触摸屏安装凹槽(29)中的10寸触摸屏打开虚拟手术训练系统;训练者可通过控制上端显示组件向上运动按钮(23A)和控制上端显示组件向下运动按钮(23B)调节上端显示台(I)的位置,获得最佳虚拟手术训练观测位置;训练过程中,训练者可通过安装在触摸屏安装凹槽
(29)中的10寸液晶触摸屏进行手术器械(手术刀、触诊棒)的切换、视角的调整、训练文件数据的新建、删除和保存等等;
[0027]所述的下端支撑台(3)由弧形状的下端前盖板的上部分(31A)、矩形状的下端前盖板的下部分(31B)、结构相同的下端后盖板上部(36A)与下端后盖板中部(36B)、弧形装的下端后盖板下部(36C)、支撑钢棒(33)、带槽支撑梁(34)、下部支撑组件(35)构成和计算机图形工作站(32)组成;
[0028]下端前盖板下部分(31B)可插入带槽支撑梁(34)中;下端后盖板下部(36C)可插入带凹槽的踏脚板(351)的凹槽中,下端后盖板上部(36A)、下端后盖板中部(36B)和下端后盖板下部(36C)这三个部分通过铰链连接在一起,方便打开;
[0029]下部支撑组件(35)包括:底部金属支撑件(355A、355B)、踏脚板(351、352)、固定垫片(353A、353B、354A、354B);其中,左底部金属支撑件(355B)与右底部金属支撑件(355A)结构相同,两个底部支撑件都带有可转动的滑轮,方便整个平台的移动;带凹槽踏脚板(351)左端通过带凹槽踏脚板左固定垫片(353B)固定在左底部金属支撑件(355B)的左侧,带凹槽踏脚板(351)右端通过带凹槽踏脚板右固定垫片(353A)固定在右底部支撑金属件(355A)的右侧;后踏脚板(352)的左端通过脚踏板左固定垫片(354B)固定在左底部支撑金属件(355B)的左侧,后踏脚板(352)的右端通过脚踏板右固定垫片(354A)固定在右底部金属支撑件(355A)的右侧;
[0030]计算机图形工作站(32)用于运行3D实时虚拟手术仿真软件,构建三维虚拟手术场景,训练者可通过力反馈设备与虚拟手术场景中的各类虚拟组织器官进行虚拟手术交互,通过视觉、听觉和触觉获得手术训练过程的体验、学习和训练。
[0031]所述的侧面支撑板组件(4)包括两块支撑板(41A、41B)、固定螺杆(44A-1、44B-1、44C-1、44D-1、44E-1、44F-1)、固定螺帽(44A-2、44B-2、44C-2、44D-2、44E-2、44F-2)、固定插销(45A、45B、45C、4ro、45E、45F、45G、45H)、下端转动组件(42A、43A和42B、43B);其中下端左侧支撑板(4IB)与下端右侧支撑板(41A)结构相同;固定螺杆一 (44A-1)、固定螺杆二(44B-
1)、固定螺杆三(44C-1)、固定螺杆四(44D-1)、固定螺杆五(44E-1)和固定螺杆六(44F-1)结构相同;固定螺帽一(44A-2)、固定螺帽二(44B-2)、固定螺帽三(44C-2)、固定螺帽四(44D-
2)、固定螺帽五(44E-2)和固定螺帽六(44F-2)结构相同;下端右侧转动轴(42A)和下端左侧转动轴(42B)结构相同,下端右侧固定螺丝(43A)和下端左侧固定螺丝(43B)结构相同;
[0032]固定螺杆一(44A-1)和固定螺帽一(44A-2)、固定螺杆二( 44B-1)和固定螺帽二(44B-2)、固定螺杆三(44C-1)和固定螺帽三(44C-2)两两一组配合使用,分别先穿过下端右侧支撑板(41A)上的通孔七(46A)、通孔八(46B)和通孔九(46C),然后插入到中端控制台(2)的支撑板(28)右侧的孔九(28A)、孔十(28B)、孔十一(28C)中,将下端右侧支撑板(41A)固定住;
[0033]固定螺杆四(44D-1)和固定螺帽四(44D-2)、固定螺杆五(44E-1)和固定螺帽五(44E-2)、固定螺杆六(44F-1)和固定螺母六(44F-2)两两一组配合使用,分别先穿过下端左侧支撑板(41B)上的通孔十(46D)、通孔十一 (46E)和通孔十二 (46F),然后插入到中端控制台(2)的支撑板(28)左侧的孔十二( 28D)、孔十三(28E)和孔十四(28F)中,将下端左侧支撑板(41B)固定住;
[0034]下端右侧支撑板(41A)的右侧固定插销一(45A)、固定插销二(45B)、固定插销三(45C)和固定插销四(4f5D)各自的一端分别插入下端右侧支撑板(41A)上的孔十九(47A)、孔二十(47B)、孔二十一(47C)和孔二十二(47D)中,各自的另一端分别插入中端控制台(2)的内凹槽平板台面(27)右侧的孔一(24A)、孔二(24B)、孔三(24C)和孔四(24D)中,将中端控制台(2)的右端固定在下端右侧支撑板(41A)上;
[0035]下端左侧支撑板(41B)的左侧固定插销五(45E)、固定插销六(45F)、固定插销七(45G)和固定插销八(45H)各自的一端分别插入下端左侧支撑板(41B)上的孔二十三(47E)、孔二十四(47F)、孔2二十五(47G)、孔二十六(47H)中,各自的另一端插入中端控制台(2)上的孔五(24E)、孔六(24F)、孔七(24G)、孔八(24H)中,将中端控制台(2)的左端固定在下端左侧支撑板(41B)上;
[0036]这样,下端右侧支撑板(41A)和下端左侧支撑板(41B)与中端控制台(2)构成H型,使整个虚拟手术训练平台更加稳固;
[0037]侧面支撑板组件(4)中的下端右侧转动轴(42A)、下端左侧转动轴(42B)、下端右侧固定螺丝(43A)和下端左侧固定螺丝(43B)用于上端显示台(I)的转动;当训练者按下向上运动按钮(23A)后,步进电机(184)将开始转动并带动螺纹钢棒(187)向上转动,驱动杆(185)连接螺纹钢棒(187)的一侧将向下转动,另一侧通过连接螺丝(186)带动下端右侧转动轴(42A)、下端左侧转动轴(42B)、下端右侧固定螺丝(43A)和下端左侧固定螺丝(43B)转动,实现上端显示台(I)向上调节;当训练者按下向下运动按钮(23B)步进电机(184)将开始转动并带动螺纹钢棒(187)向下转动,驱动杆(185)连接螺纹钢棒(187)的一侧将向上转动,另一侧通过连接螺丝(186)带动下端右侧转动轴(42A)、下端左侧转动轴(42B)、下端右侧固定螺丝(43A)和下端左侧固定螺丝(43B),实现上端显示台(I)向下调节;
[0038]本发明所述的沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台的上端显示台(I)是按照人机工程学设计,符合人体脑部结构特征,训练者在进行训练时可将脑部完全深入平台中,与平台融为一体,增强训练者的沉浸感;
[0039]本发明所述的沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台可为训练者提供力觉、视觉、触觉等多源信息融合的交互式3D动态视景,使训练者完全沉浸在虚拟的手术训练系统中,从而快速、尚效的提尚训练者的手术水平。
[0040]本发明所述的沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台的上端显示台(I)安装有3D镜片组件(15),训练者无须佩戴3D眼镜训练者操作时更加方便、舒适;
[0041]本发明所述的沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台可根据训练者的身高、习惯的手术姿势自适应的调整位姿,使训练者按照自己习惯的姿势进行手术操作,提高了训练者训练的舒适性。
[0042]本发明所述的沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台的上端显示台(I)上安装有限位开关,当训练者由于误操作导致的上端显示组件位置过于高或低时自动停止,防止危险发生;
[0043]训练者在所述的沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台上训练时不受时间和空间的限制,可以反复、无损、无失真的进行虚拟手术训练。
[0044]通过使用本发明所述的沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台,测评人员可以通过上端显示台(I)的外部3D显示器(16B)全程观看训练者的训练过程,及时的对训练者进行指导。同时,训练者整个训练过程可以保存,测评人员可以随时随地的打开保存的训练文件对训练者的训练效果进行评价。
[0045]本发明一种沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台的特点:
[0046](I)平台设计基于人脸结构,符合人机工程学,沉浸感强。上端显示台(I)的上端前盖板(17)按照人脸生理结构设计,符合人机工程学,训练者进行训练时可将整个脸部完全嵌入中心观察区域(172),左右两侧的挡板(171A、171B)则根据人耳结构设计,可将人耳完全包裹住,仿人体鼻梁装置(173)为仿造人体鼻梁设计,并且向内凹陷,防止训练过程中呼吸不畅。因此,训练者训练时可将整个头部完全深入到平台中,不受周围光线、声音等干扰源影响,增强了虚拟仿真的沉浸感;同时,头部被平台包裹后不容易受其他事物影响而左右摆动,这样可更加投入虚拟仿真训练中,进一步增强了沉浸感。训练者通过左右两个力反馈设备,可以真实的感受到设备在虚拟环境中做不同的操作,触碰到不同组织时反馈的不同的反馈力,让训练者体验到如同真实手术的力觉,这样通过多重感知让训练者完全沉浸在重构的虚拟环境中。
[0047](2)自适应位姿,操作舒适。虚拟手术平台可根据训练者不同的身高和习惯的手术姿势自动的调整高度,调节按钮设置在中端控制台上,调节方便。同时,系统的操作(包括虚拟手术器械的切换、训练文件的新建、保存、删除、系统视角的调整)在中端控制台的10寸液晶触摸屏上完成,让训练者方便的进行系统操作。
[0048](3)能虚拟一个逼真的手术过程,训练者通过力反馈设备与虚拟世界里的人体软组织进行交互,可模拟真实手术中的触诊、切割、撕裂等手术操作,同时增加了手术时经常出现的流血、脉搏跳动等人体生理现象。另外,为了进一步增强训练者的逼真感,系统中嵌入了采集的真实手术时心脏跳动声、脉搏跳动声,让训练者体验到触觉、视觉、听觉等多重信息感知,仿佛在进行真实手术一样。
[0049](4)可扩展性强:首先,本发明公开的一种沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台的
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