[发明专利]一种虚拟骨科手术练习系统及模拟训练方法

说明书

本发明公开了一种虚拟骨科手术练习系统及模拟训练方法，属于医疗技术领域。本发明的手术练习系统包括用于重构骨骼模型的骨骼三维模型重建模块、显示系统及操作界面的显示模块、用于手术训练的实际演练模块；用于教学人员对手术整个演练过程进行评分的评估模块。本发明的训练方法采用上述系统进行模拟训练，其以虚拟现实技术为依托，并通过对手术训练系统进行优化，创建更加逼真的手术环境及骨骼骨干重建模型，提高了模型重建的准确度，用于手术教学或训练时，能够更好地模拟出真实的训练过程，从而显著提高受训者的手术熟练度，强化了实习医生手术过程的步骤记忆。

技术领域

本发明属于医疗技术领域，更具体地说，涉及一种虚拟骨科手术练习系统及模拟训练方法。

背景技术

由于传统手术过程存在风险高，病人痛苦大，手术效果受医生个人业务水平影响很大，术后效果不理想等缺点，手术教学和术前练习显得尤为重要。然而，目前传统手术教学的做法还通常是采用模型人进行教学、手术录像的演示播放、器官实物标本讲解、人体尸体解剖教学、动物活体解剖教学以及专家手术观摩等形式。手术教学一般需要在专门的实验室或手术间内进行，这种教学方法存在以下不足：(1)采用模型人教学，模型人一般采用树脂或乳胶材料制得，易老化，使用过多次后就需要更换，教学成本较高。(2)采用人体解剖结构教学，在实验室里通过看录像或尸体解剖教学，难以直观、轻松学习解剖结构。(3)动物活体解剖教学，一方面动物活体十分昂贵，且涉及到动物保护等较敏感的问题，另一方面由于动物与人体的差异性，在进行手术训练时，对提高手术熟练度的作用十分有限。(4)采用专家手术观摩形式，医务工作者无法完全沉浸于实际的场景内，也不能亲自操作并与专家操作方法及时进行比对，发现自己的错误和不足，难以获得良好的受训效果。

近年来，随着技术的发展，在手术教学和仿真训练等方面，虚拟手术系统有着广阔的应用前景。尤其是近年来外科整形修复手术成为热点，如颅骨修补术、鼻梁整形术、颧骨整形术等。利用虚拟手术系统，医生可以在对病人实施复杂手术之前进行练习，通过把经成像设备获取的病人图像导入仿真系统，医生可以对实际手术作出相应的规划，或者对病变缺损部位进行较精确的前期测量和估算，从而预见手术的复杂性。

经检索，关于采用VR虚拟技术进行手术训练教学已有相关专利公开，中国专利申请号为：201610879686.5，申请日为：2016年10月8，发明创造名称为：一种手术训练模型及其制造方法、以及手术导航系统。该申请案中的手术训练模型包括骨组织模型和软组织模型，软组织模型内部为中空结构，骨组织模型固定在身体部分内部，并支撑软组织模型；一种手术训练模型的制造方法，包括以下步骤：获得人体影像数据；建立骨组织和软组织的三维模型；制作软组织模型模具图纸；打印骨组织模型；打印软组织模型模具；制作软组织模型；形成手术训练模型；一种手术导航系统，包括：手术器械，手术器械追踪器，训练模型追踪器，光学定位跟踪仪，计算机，显示器。

又如，中国专利申请号为：202010715118.8，申请日为：2020年7月21，发明创造名称为：一种用于骨髓穿刺手术的虚拟现实训练系统。该申请案中的训练系统包括：用于建立二维医学图像的重建单元；用于构建虚拟场景的手术环境单元；提供虚拟显示环境的头戴式显示设备、提供虚拟现实手术操作的操作手柄及虚拟现实交互单元；所述虚拟现实交互单元包括：提供手术操作的手术操作单元和操作过程的数据显示单元。

上述两个申请案中，均提供了一种虚拟手术训练类的系统或方法，其训练用的目标对象大都通过相关软件设计的，真实性不强，而且其训练多是以教程的训练形式进行训练，理论性比较强，与实际的临床手术还有很大差距。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服传统手术训练教学存在的训练成本高、真实性不强、提高手术熟练度的作用十分有限的不足，提供了一种虚拟骨科手术练习系统及模拟训练方法。采用本发明的技术方案能够有效解决上述问题，并通过对手术训练系统进行优化，尤其是对手术环境及骨骼骨干重建模型进行优化，提高了模型重建的准确度，用于手术教学或训练时，能够更好地模拟出真实的训练过程，从而显著提高受训者的手术熟练度。