本發(fā)明涉及醫(yī)療模擬器械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置。
背景技術(shù)：
宮腔鏡手術(shù)屬于微創(chuàng)傷婦產(chǎn)科手術(shù)。手術(shù)使用光學(xué)內(nèi)窺鏡穿過宮頸進(jìn)入子宮內(nèi)進(jìn)行診斷和治療。宮腔鏡通常用于檢查子宮異常出血、檢查月經(jīng)大量出血、子宮內(nèi)良性生長物切除、子宮粘連切割、子宮縱格切割、疏通輸卵管阻塞、子宮絨毛去除、避孕體植入等手術(shù)。手術(shù)器械包括夾鉗、抓鉗、剪刀、電切鏡、雙環(huán)電切鏡、滾球電極、粉碎器、nd:yag激光、電烙器等。子宮內(nèi)良性生長物包括息肉和肌瘤。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，粘膜下層平滑肌瘤分為三種類型，0類，1類和2類。如果肌瘤完全生長在宮腔內(nèi)，則為0類肌瘤；如果肌瘤有少于50％的部分生長在子宮壁內(nèi)，則為1類肌瘤；如果肌瘤有超過50％的部分生長在子宮壁內(nèi)，則為2類肌瘤。只有0類和1類肌瘤可以用宮腔鏡手術(shù)切除。
宮腔鏡手術(shù)難度較高，需要精湛的技術(shù)，操作過程稍有不慎極容易導(dǎo)致子宮頸或內(nèi)膜受傷、發(fā)炎，易產(chǎn)生術(shù)后的子宮頸或內(nèi)膜粘黏，并會(huì)引起月經(jīng)異常，嚴(yán)重者會(huì)在以后產(chǎn)生不育癥的情況。在醫(yī)生能夠進(jìn)行真實(shí)手術(shù)之前，需要進(jìn)行大量的模擬訓(xùn)練，以使其熟練的掌握該項(xiàng)技術(shù)，避免其在真實(shí)手術(shù)過程給病人造成傷害。現(xiàn)有技術(shù)中的宮腔鏡模擬手術(shù)操作大多采用人體仿真物理模型，人體仿真物理模型是一個(gè)模擬真實(shí)器官的裝置，但由于模型的局限性，無法真實(shí)重構(gòu)人體內(nèi)部的實(shí)際構(gòu)造，使宮腔鏡模擬手術(shù)與真實(shí)的宮腔鏡手術(shù)差異較大，影響訓(xùn)練效果。
因此，如何創(chuàng)設(shè)一種手術(shù)場景真實(shí)、觸碰效果較好的宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置，成為當(dāng)前亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種手術(shù)場景真實(shí)、觸碰效果較好的宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置，以克服現(xiàn)有的宮腔鏡模擬手術(shù)與真實(shí)的宮腔鏡手術(shù)差異較大的不足。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置，包括宮腔鏡實(shí)體模型、力反饋裝置、腳踏板、中央處理單元及顯示器；宮腔鏡實(shí)體模型，包括與所述力反饋裝置連接的前端和用于握持操作的后端；力反饋裝置，用于監(jiān)測所述宮腔鏡實(shí)體模型前端的位置和方向；腳踏板，用于模擬開啟/關(guān)閉電凝或電切操作；中央處理單元，存儲(chǔ)有虛擬子宮模型，與所述力反饋裝置、腳踏板及顯示器電連接，用于根據(jù)所述力反饋裝置和腳踏板的信號(hào)，控制所述力反饋裝置向所述宮腔鏡實(shí)體模型施加回饋力，并在顯示器上顯示虛擬子宮模型的圖像。
作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述宮腔鏡實(shí)體模型的后端設(shè)置有可相對(duì)所述宮腔鏡實(shí)體模型移動(dòng)的手柄和與所述手柄相配合的第一傳感器，所述第一傳感器用于采集所述手柄的位移信息并以該位移信息模擬真實(shí)電切刀的推出和收回。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述宮腔鏡實(shí)體模型上還設(shè)置有可相對(duì)所述宮腔鏡實(shí)體模型移動(dòng)的注入閥門和排出閥門，以及分別與所述注入閥門和排出閥門相配合的第二傳感器和第三傳感器，所述第二傳感器用于采集所述注入閥門的位移信息并以該位移信息模擬向子宮注入填充介質(zhì)，所述第三傳感器用于采集所述排出閥門的位移信息并以該位移信息模擬從子宮排出填充介質(zhì)和體液。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器均為磁感應(yīng)傳感器，所述手柄、注入閥門和排出閥門上分別設(shè)置有與所述第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器對(duì)應(yīng)的永磁鐵。
進(jìn)一步改進(jìn)，還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，所述中央處理單元通過所述信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置與所述腳踏板、力反饋裝置、第一傳感器、第二傳感器及第三傳感器連接。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述顯示器的數(shù)量為兩個(gè)。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述腳踏板包括電切踏板單元和電凝踏板單元。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述中央處理單元還包括比較模塊，所述比較模塊用于比較模擬訓(xùn)練操作與預(yù)存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)操作，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算評(píng)分。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述虛擬子宮模型為數(shù)學(xué)模型。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述虛擬子宮模型包括虛擬力反饋空間和虛擬三維圖形空間，所述虛擬力反饋空間和虛擬三維圖形空間的坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，所述虛擬子宮模型設(shè)置在所述虛擬三維圖形空間內(nèi)，所述中央處理單元根據(jù)所述力反饋裝置發(fā)送的信號(hào)更新所述虛擬力反饋空間中虛擬宮腔鏡的位置和角度，并根據(jù)所述虛擬力反饋空間中虛擬宮腔鏡的位置和角度更新所述虛擬三維圖形空間中虛擬宮腔鏡的位置和角度。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明的宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置，通過宮腔鏡實(shí)體模型模擬真實(shí)的宮腔鏡，中央處理單元內(nèi)存儲(chǔ)有虛擬子宮模型，手術(shù)場景真實(shí)，通過力反饋裝置向?qū)m腔鏡實(shí)體模型施加回饋力，模擬真實(shí)的宮腔鏡與子宮或腫瘤發(fā)生彈性觸碰時(shí)受到的作用力，觸碰效果較好，相對(duì)于現(xiàn)有的宮腔鏡模擬手術(shù)裝置，訓(xùn)練效果較好。
2、通過第一傳感器和手柄配合可以模擬真實(shí)電切刀的推出和收回。
3、通過第二傳感器與注入閥門配合可模擬向子宮注入填充介質(zhì)，通過第三傳感器與排出閥門配合可模擬從子宮排出填充介質(zhì)和體液。
4、比較模塊能夠比較模擬訓(xùn)練操作與預(yù)存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)操作，并能夠根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行評(píng)分，使訓(xùn)練人員可以及時(shí)了解，模擬訓(xùn)練操作的標(biāo)準(zhǔn)程度。
附圖說明
上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1、宮腔鏡實(shí)體模型，2、力反饋裝置，3、腳踏板，4、中央處理單元，5、顯示器，6、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，7、殼體。
具體實(shí)施方式
參見圖1所示，本發(fā)明宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置，包括宮腔鏡實(shí)體模型1、力反饋裝置2、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6、腳踏板3、中央處理單元4、顯示器5及殼體7，其中，信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6和中央處理單元4設(shè)置在殼體7內(nèi)，宮腔鏡實(shí)體模型1的前端與力反饋裝置2連接，力反饋裝置2和腳踏板3與信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6電連接，中央處理單元4分別與信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6和顯示器5電連接。
具體的，宮腔鏡實(shí)體模型1用于模擬真實(shí)宮腔鏡手術(shù)中的宮腔鏡，包括操縱桿，操縱桿的前端與力反饋裝置2連接，操縱桿的后端用于握持操作，力反饋裝置2通過信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6與中央處理單元4連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6用于實(shí)現(xiàn)電信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。力反饋裝置2用于檢測操縱桿前端的位置和角度，并將生成宮腔鏡位置信號(hào)發(fā)送給中央處理單元4。
中央處理單元4內(nèi)存儲(chǔ)有一個(gè)虛擬力反饋空間和一個(gè)虛擬三維圖形空間，虛擬力反饋空間和虛擬三維圖形空間的坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，虛擬子宮模型位于虛擬三維圖形空間內(nèi)，該虛擬子宮模型可為采用數(shù)學(xué)建模方法建立的數(shù)學(xué)模型，相比與其他建模方式視覺效果更好。中央處理單元4根據(jù)接收到的宮腔鏡位置信號(hào)首先更新虛擬力反饋空間中宮腔鏡的位置，然后根據(jù)虛擬力反饋空間中宮腔鏡的位置更新虛擬三維圖形空間的中宮腔鏡的位置，并根據(jù)虛擬三維圖形空間中宮腔鏡的位置模擬宮腔鏡前端鏡頭拍攝的畫面，最后將該畫面顯示在顯示器5上，手術(shù)場景真實(shí)。本實(shí)施例中顯示器5的數(shù)量為兩個(gè)，其中一個(gè)顯示器5用于顯示虛擬三維圖形空間的圖像，另一個(gè)顯示器5用于顯示登陸界面、操作界面及模擬手術(shù)后顯示打分界面等。作為優(yōu)選方案，力反饋裝置2的反應(yīng)頻率大于顯示屏的刷新頻率，如可將力反饋裝置2的反應(yīng)頻率設(shè)置為1000hz，將顯示屏的刷新頻率為60hz，由于力反饋裝置2擁有更高的靈敏度，保證了顯示屏畫面的清晰流暢，避免出現(xiàn)卡頓。
當(dāng)虛擬三維圖形空間中宮腔鏡前端的坐標(biāo)位于虛擬子宮模型之外或與腫瘤重疊時(shí)，說明宮腔鏡與子宮或腫瘤產(chǎn)生了彈性碰撞。中央處理單元4會(huì)控制虛擬子宮模型將產(chǎn)生一個(gè)形變，并根據(jù)此形變的程度計(jì)算出子宮對(duì)宮腔鏡產(chǎn)生的回饋力大小和方向，然后控制力反饋裝置2向?qū)m腔鏡實(shí)體模型1前端施加回饋力，使得操作者在操作宮腔鏡時(shí)觸碰效果較好，手感逼真。
腳踏板3包括電切踏板單元和電凝踏板單元，電切踏板單元和電凝踏板單元均通過信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6與中央處理單元4連接，電切踏板單元用于生成電切信號(hào)，電凝踏板單元用于生成電凝信號(hào)。中央處理單元4根據(jù)接收到的電切信號(hào)和電凝信號(hào)模擬電切和電凝過程。當(dāng)電切踏板單元被踩下時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電切信號(hào)，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6發(fā)送至中央處理單元4，此時(shí)模擬電切環(huán)通電狀態(tài)，如果經(jīng)過計(jì)算模擬電切環(huán)與模擬人體組織有接觸時(shí)，則相應(yīng)人體組織與模擬電切環(huán)之間的相互作用力將消失，僅兩個(gè)模擬電切桿與模擬人體組織之間會(huì)有相互作用力，模擬電切環(huán)的移動(dòng)將會(huì)切割人體組織。當(dāng)踩下電凝踏板單元時(shí)，模擬人體組織對(duì)模擬電切環(huán)和模擬電切桿均產(chǎn)生回饋力，當(dāng)組織上有模擬出血點(diǎn)，并且距離模擬電切環(huán)距離小于限定距離時(shí)，出血點(diǎn)將消失，視為出血已被止住。
由于并非真實(shí)手術(shù)，該宮腔鏡實(shí)體模型1內(nèi)沒有設(shè)置電切刀，而是在操縱桿的后端設(shè)置有可相對(duì)宮腔鏡實(shí)體模型移動(dòng)的手柄和與手柄相配合的第一傳感器，第一傳感器用于采集手柄的位移信息，并生成手柄位移信號(hào)，將該手柄位移信號(hào)發(fā)送至中央處理單元4，中央處理單元4以接收到的手柄位移信號(hào)模擬電切刀發(fā)生的位移。例如該手柄可包括固定手柄和活動(dòng)手柄，固定手柄固定連接在操縱桿的后端，活動(dòng)手柄可移動(dòng)連接在操縱桿上，固定手柄和活動(dòng)手柄成v形，在固定手柄上設(shè)置永磁鐵，第一傳感器采用磁感應(yīng)傳感器，并將該磁感應(yīng)傳感器設(shè)置在固定手柄上，隨著活動(dòng)手柄的推出和收回，磁感應(yīng)傳感器與永磁體間位置發(fā)生變化，磁感應(yīng)傳感器產(chǎn)生的手柄位移信號(hào)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6發(fā)送至中央處理單元4，中央處理單元4將根據(jù)預(yù)設(shè)的對(duì)應(yīng)表格將手柄位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)值。如將電切刀完全推出產(chǎn)生的手柄位移信號(hào)對(duì)應(yīng)為1，將電切刀完全收回產(chǎn)生的手柄位移信號(hào)對(duì)應(yīng)為0，電切刀推出1/4定義為0.25，推出一半定義為0.5等。當(dāng)中央處理單元4檢測到手柄位移信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值大于0時(shí)，模擬電切刀將從模擬電切鏡中伸出，伸出的距離根據(jù)手柄位移信號(hào)的數(shù)值的大小計(jì)算得出。
真實(shí)手術(shù)中為了能夠得到足夠的手術(shù)空間，需要向子宮內(nèi)注入填充介質(zhì)以使子宮膨脹。填充介質(zhì)有多種，如二氧化碳?xì)怏w、生理鹽水或乳酸鹽林格溶液，以生理鹽水為例，電切鏡上需配有進(jìn)水管和出水管，分別由進(jìn)水和出水閥門調(diào)節(jié)，水流通過內(nèi)鞘進(jìn)入到子宮內(nèi)，通過外鞘排出體外。該電切鏡并未設(shè)置真實(shí)的進(jìn)、出水管，而是在操縱桿上設(shè)置有可相對(duì)操縱桿移動(dòng)的注入閥門和排出閥門，以及分別與注入閥門和排出閥門相配合的第二傳感器和第三傳感器，第二傳感器用于采集注入閥門的位移信息，生成注入閥門位移信號(hào)，并以該注入閥門位移信號(hào)模擬向子宮注入填充介質(zhì)，第三傳感器用于采集排出閥門的位移信息，生成排出閥門位移信號(hào)，并以該排出閥門位移信號(hào)模擬從子宮排出填充介質(zhì)和體液。
例如，可將注入閥門和排出閥門可移動(dòng)連接在操縱桿上，第二傳感器和第三傳感器可采用磁感應(yīng)傳感器，并分別在注入閥門和排出閥門上設(shè)置永磁鐵，當(dāng)注入閥門或排出閥門移動(dòng)時(shí)，第二傳感器與注入閥門上的永磁鐵或第三傳感器與排出閥門上的永磁鐵的相對(duì)位置產(chǎn)生變化，第二傳感器和第三傳感器分別生成注入閥門位移信號(hào)和排出閥門位移信號(hào)并發(fā)送至中央處理單元4。中央處理單元4將根據(jù)預(yù)設(shè)的表格將注入閥門位移信號(hào)和排出閥門位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)值。如將注入閥門或排出閥門完全關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的注入閥門位移信號(hào)和排出閥門位移信號(hào)對(duì)應(yīng)為0，將注入閥門或排出閥門完全開啟時(shí)產(chǎn)生的注入閥門位移信號(hào)和排出閥門位移信號(hào)對(duì)應(yīng)為1，將注入閥門和排出閥門開放1/4，對(duì)應(yīng)數(shù)值為0.25，注入閥門和排出閥門開放一半，對(duì)應(yīng)數(shù)值為0.5等。中央處理單元4根據(jù)注入閥門位移信號(hào)和排出閥門位移信號(hào)模擬填充介質(zhì)對(duì)虛擬子宮模型、子宮內(nèi)漂浮物及血液的影響，同時(shí)還可以計(jì)算生理鹽水的使用量。
該宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置的操作流程如下：
在模擬手術(shù)前應(yīng)對(duì)力反饋裝置2進(jìn)行校準(zhǔn)，宮腔鏡手柄位于正中央位置時(shí)對(duì)應(yīng)角度為0。當(dāng)操作者控制宮腔鏡實(shí)體模型左右移動(dòng)時(shí)，模擬宮腔鏡在三位圖形空間中的角度也會(huì)相應(yīng)更新。
模擬手術(shù)開始時(shí)，宮腔鏡已進(jìn)入到宮頸內(nèi)。打開注入閥門同時(shí)適當(dāng)關(guān)閉排出閥門可以使子宮膨脹，并且宮頸口張大?？刂茖m腔鏡穿過宮頸口進(jìn)入到子宮內(nèi)。如果子宮內(nèi)有出血，打開排出閥門可以使血液排出，視野變清晰，之后再次適當(dāng)關(guān)閉排出閥門，使子宮保持膨脹狀態(tài)以得到足夠的手術(shù)操作空間。控制宮腔鏡檢查左右輸卵管口以及整個(gè)子宮內(nèi)壁。接下來對(duì)子宮內(nèi)良性生長物進(jìn)行切除。以息肉為例，將電切環(huán)推出并使其貼緊息肉后側(cè)，踩下電切踏板單元，同時(shí)從后向前收回電切環(huán)，將息肉切除。當(dāng)息肉較大時(shí)，將息肉一塊一塊切下。切下的組織將在子宮內(nèi)浮動(dòng)。如果切割過程中發(fā)生出血，踩下電凝踏板單元將出血口凝結(jié)，最后將切下的組織從子宮中取出。
此外，該宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置的中央處理單元4還包括比較模塊，比較模塊用于比較模擬訓(xùn)練操作與預(yù)存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)操作，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算評(píng)分。例如可對(duì)如下項(xiàng)目進(jìn)行比較：
1、操作安全
1)如果在踩下電切踏板單元時(shí)向前推動(dòng)電切環(huán)，將視為危險(xiǎn)操作并扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
2)如果宮腔鏡碰到宮頸壁將視為不安全操作并扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
3)如果宮腔鏡碰到子宮壁將視為不安全操作并扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
2、手術(shù)效率
1)手術(shù)應(yīng)當(dāng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)結(jié)束，如果用時(shí)過長將扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
2)手術(shù)過程中應(yīng)當(dāng)避免過多冗余動(dòng)作，否則將扣除相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。
3)手術(shù)前應(yīng)當(dāng)校準(zhǔn)器械，校準(zhǔn)不當(dāng)將扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
4、子宮檢視
1)手術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)檢視整個(gè)子宮內(nèi)壁表面，檢測不全將扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
2)手術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)檢視左側(cè)和右側(cè)輸卵管口，檢測不到位將扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
5、子宮填充物質(zhì)使用量
1)手術(shù)過程中產(chǎn)生出血時(shí)沒有及時(shí)調(diào)整注入閥門和排出閥門，導(dǎo)致血液濃度過高，視野不清晰的時(shí)間過長將扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
2)手術(shù)過程中沒有及時(shí)調(diào)整注入閥門和排出閥門導(dǎo)致子宮塌陷時(shí)間過長將扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
3)子宮填充物質(zhì)使用量過多將扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。
本發(fā)明的宮腔鏡模擬訓(xùn)練裝置，手術(shù)場景真實(shí)，觸碰效果較好，并且可以對(duì)模擬訓(xùn)練操作進(jìn)行評(píng)分，訓(xùn)練效果較好。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。