[发明专利]一种虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练系统及方法

权利要求书

1.一种虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练系统，其特征在于，其包括：

预设模型场景单元，用于存储训练场景和操作对象，所述训练场景为底面和侧壁形成的空间，底面及侧壁为弧形，训练场景内还布置有标本袋，通过模拟人体腹腔形状及大小以及三维逆向重构形成训练模型；

模拟系统配置单元，用于加载、显示训练模型及操作对象；

模拟系统操作单元，为可操作的仿真器械，用于手持操作完成训练；

模拟系统器械运动数据采集计算存储单元，用于采集仿真器械运动坐标位置并实时上传给系统存储，将采集到的仿真器械运动坐标位置同步至加载的训练模型内对应的空间位置处，用于采集仿真器械夹闭次数；为数据分析提供基础数据；

模拟系统引导提示单元，用于提供流程提示和操作提示，流程提示为根据训练设计提示每一个操作步骤，并通过文字和语音播报展现，操作提示为在训练过程中每一个操作步骤内提示具体的动作；

模拟系统操作效果单元，用于在训练模型内展现操作后的动作效果，仿真器械夹持软体小球时，具有夹持反馈力，软体小球在每一个操作步骤中的颜色可变换；

模拟系统训练判断单元，用于判断训练过程中每个动作的操作完成度；

模拟系统操作记录评价单元，用于判断、记录、显示操作记录及分析评价；操作记录及分析评价为以训练时间为记录时间轴，通过记录操作的动作和操作完成度通过数据分析提供训练评价报告；所述训练模型内还模拟有软体组织，仿真器械移动碰触训练模型内的软体组织阻碍物时，具有碰撞反馈力，操作对象为软体小球，所述小球的位置随机布置在空间内；仿真器械具有操作杆，将操作杆的动作信号打包在一起每隔一个固定时间通过USB数据线将开关信号量和测量值传输至系统；系统通过软件模拟手术器械在使用过程中的转向和插入深度，同时模拟出是否与软体组织之间发生碰撞，当发生碰撞时，通过力学解算器，计算出软体组织应该有的形变以及反馈给操作杆的碰撞反馈力，然后将碰撞反馈力转换为具体电机需要的PWM值，同时通过电机的驱动芯片设置PWM值来完成最终电机的力矩设置，最后电机通过机械传递将碰撞反馈力反馈。

2.如权利要求1所述的虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练系统，其特征在于，操作杆的动作信号具体包括：操作杆上安装的旋转编码器记录旋转的角度，生成旋转信号；

操作杆上还设置有摄像头，摄像头通过上面的陀螺仪器件检测当前摄像机的倾斜角度，生产倾斜信号，通过红外光电模块检测插入的长度，生成插入深度信号；

踩下踏板和按下按钮生成开关信号量。

3.一种虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练方法，其特征在于，采用权利要求1所述的虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练系统，包括以下步骤：

S1、加载训练模型；

S2、选择仿真器械;

S3、使用左手器械或右手器械夹取一个软体小球；

S4、在空中将软体小球左手器械或右手器械传递交换一次；

S5、将传递过的软体小球投放至对应颜色的标本袋中；

S6、若投放成功，小球消失，跳转至S3步骤继续操作，在规定时间内完成所有投放，则训练成功；若在规定时间内未完成投放则终止训练，训练失败；

S7、查看训练的动作和训练评价报告，完成训练; 软体小球在每一个操作步骤中的颜色可变换。

4.如权利要求3所述的虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练方法，其特征在于，标本袋至少为2，每个在训练模型内的颜色均不一致，在S3中将软体小球夹取后，提示将小球在空中传递给另外一只手的器械，传递完成后，软体小球改变颜色，根据软体小球的颜色投放至对应颜色的标本袋中。

5.如权利要求4所述的虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练方法，其特征在于，操作过程中，软体小球掉落后，需要重新夹取，并进行传递交换；只有按照如上步骤操作才可顺利完成训练，训练内容符合训练目的，即协调传递训练。

6.如权利要求3所述的虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练方法，其特征在于，通过模拟系统器械运动数据采集计算存储单元采集仿真器械的移动速度、移动距离，根据移动速度判断仿真器械移动是否过快而影响病人安全，根据移动距离判断仿真器械使用是否运用熟练。

7.如权利要求6所述的虚拟仿真腹腔镜手术双手协调传递的训练方法，其特征在于，通过模拟系统器械运动数据采集计算存储单元采集仿真器械的夹闭次数和时间节点，用以综合分析操作者使用习惯。