[发明专利]一种沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台

摘要

一种沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台，由上端显示组件、中端控制台组件、下端支撑组件和侧面支撑组件等四部分组成。上端显示组件根据人机工程学设计，符合人体面部结构，可通过旋钮调节观测中心空间大小以适应不同大小的人体脑部，让脑部与平台更加贴合，增强沉浸感。可自适应调节位姿，以自己适合的姿势进行手术操作训练，提高舒适度，减轻疲劳感。通过上端显示组件的外部3D显示器观看整个手术训练过程，可对训练效果评测。本平台可用于模拟脑外科、肝脏、肾脏、乳腺等各类手术操作过程，让见习手术医生或医学院学生反复、无损、方便地进行手术训练，解决了传统外科医生训练中存在的训练周期长、效率低、费用高、训练对象匮乏等问题。

主权项

1.一种沉浸式自适应位姿虚拟手术训练平台，其特征由上端显示台(1)、中端控制台(2)、下端支撑台(3)和侧面支撑板组件(4)四个部分组成；所述的上端显示台(1)包括上端左盖板(11B)、上端右盖板(11A)、上端上盖板(121)、上端下盖板(124)、上端后盖板(122)、上端前盖板(17)、两台3D显示器(16A、16B)、外部3D显示器安装装置(13)、内部3D显示器安装装置(14)、3D镜片安装组件(15)、电动旋转组件(18)；上端左盖板(11B)、上端右盖板(11A)、上端上盖板(121)、上端下盖板(124)、上端后盖板(122)和上端前盖板(17)组成一个密闭空间；外部3D显示器安装装置(13)由底部横向支撑梁(137)、横向固定件(135)、纵向支撑梁(134)、纵向固定件(133)、带卡槽的显示器连接件(136)、结构相同的左旋紧螺丝(131B)与右旋紧螺丝(131A)、结构相同的左位置固定垫片(132B)与右位置固定垫片(132A)；带卡槽的显示器连接件(136)可在纵向固定件(133)上下10度范围内转动，使外部3D显示器安装装置(13)可上下调节位置；内部3D显示器安装装置(14)与内部3D显示器固定金属块(125)相配合固定在内部支撑梁(123)上；内部3D显示器安装装置(14)由底部横向支撑梁(144)、带卡槽的显示器连接件(143)、结构相同的左锁紧螺丝(141B)与右锁紧螺丝(141A)、结构相同的左位置固定垫片(142B)与右位置固定垫片(142A)组成；3D镜片安装装置(15)由结构相同的左前部镜片固定框(151B)与右前部固定框(151A)、结构相同的左眼3D镜片(152B)与右眼3D镜片(152A)、结构相同的左后部镜片固定框(153B)与右后部镜片固定框(153A)组成；将左眼3D镜片(152B)安装在左前部镜片固定框(151B)与左后部镜片固定框(153B)中间，一起固定安装在3D镜片安装左通孔(174B)上；将右眼3D镜片(152A)安装在右前部镜片固定框(151A)与右后部镜片固定框(153A)中间，一起固定安装在3D镜片安装右通孔(174A)上；电动旋转组件(18)安装在上端右盖板(11A)侧面；电动旋转组件(18)由控制箱(181)、集线器(182)、结构相同的上限位开关(183A)和下限位开关(183B)、步进电机(184)、驱动杆(185)、连接螺丝(186)和螺纹钢棒(187)组成；螺纹钢棒(187)的一端与步进电机(184)的转轴相连，螺纹钢棒(187)的另一端与驱动杆(185)相连接；驱动杆(185)一端固定在上端右盖板(11A)上，另一端与通过连接螺丝(186)连接到上端右盖板(11A)的右转动轴(111A)上；上限位开关(183A)、下限位开关(183B)安装在上端右盖板(11A)上靠近内侧边沿处，分别位于驱动杆(185)的两侧，同时位于螺纹钢棒(187)的一侧；控制箱(181)和集线器(182)都安装在上端右盖板(11A)的上侧部分，其中，控制箱(181)、上限位开关(183A)、下限位开关(183B)和步进电机(184)的控制线和电源线都连接在集线器上(182)；集线器(182)再与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)相连接；所述的中端控制台(2)由内凹槽平板台面(27)、支撑板(28)、电源开关按钮(21)、系统开机按钮(22)、控制上端显示组件向上运动按钮(23A)、控制上端显示组件向下运动按钮(23B)和液晶触摸屏组成；中端控制台(2)的内凹槽平板台面(27)上安装有电源开关按钮(21)、系统开机按钮(22)、控制上端显示组件向上运动按钮(23A)、控制上端显示组件向下运动按钮(23B)、安装在触摸屏安装凹槽(29)中的液晶触摸屏；电源开关按钮(21)通过电缆接到电源上，控制电源的开闭；系统开机按钮(22)通过电缆与计算机图形工作站(32)连接，控制该工作站的开闭；控制上端显示组件向上运动按钮(23A)通过电缆与集线器(182)连接，集线器(182)再与步进电机(184)连接，控制上端显示台(1)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(1)向下运动；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)；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，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；支撑板(28)右侧的孔九(28A)、孔十(28B)和孔十一(28C)用于下端右侧支撑板(41A)的固定，支撑板(28)左侧的孔十二(28D)、孔十三(28E)和孔十四(28F)用于下端左侧支撑板(41B)的固定；支撑板(28)的下侧有四个结构相同的通孔，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，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；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)和计算机图形工作站(32)组成；下端前盖板下部分(31B)插入带槽支撑梁(34)中；下端后盖板下部(36C)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；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，带动整个平台的移动；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；所述的侧面支撑板组件(4)包括两块支撑板，下端左侧支撑板(41B)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；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；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；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(45D)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；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；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；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(1)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(1)向上调节；当训练者按下向下运动按钮(23B)后，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)转动，实现上端显示台(1)向下调节。