內窺鏡模擬裝置及其在微創手術訓練系統中的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及內窺鏡模擬裝置及其在微創手術訓練系統中的應用，用于對微創手術進行模擬訓練。
【背景技術】
[0002]微創手術以創傷小、疼痛輕、出血少、恢復快的顯著特點，以最大程度體貼病人、減輕病人的痛苦的理念愈來愈為人們所重視。隨著腹腔鏡、胸腔鏡、宮腔鏡等內窺鏡及各種手術工具制造精度的提高，以計算機為核心的視覺圖像處理和實時監測技術不斷發展，微創手術技術日益成熟，相比傳統外科手術在普外、泌尿、骨科、五官、婦科等方面有著更為廣泛的應用。相比較傳統手術，微創手術對醫生的醫技要求非常高，快速有效提高微創手術醫生尤其是初學者的技能是十分關鍵。
[0003]內窺鏡是一種經各種管道進入人體，觀察人體內部狀況的光學儀器，其集成冷光源鏡頭、纖維光導線、圖象傳輸系統、屏幕顯示系統等，能擴大手術視野，直觀準確地協助醫生進行相關手術。內窺鏡的突出特點是可以看到X射線不能顯示的病變、手術切口小、術后反應輕，出血、青紫和腫脹時間大大減少，恢復較傳統手術快，非常符合美容外科美麗不留痕的要求。內窺鏡如同人的視覺系統，在微創外科手術中起著不可或缺的作用。
[0004]在尸體資源昂貴且稀缺、傷害動物、人體模型逼真感不夠、手術器械昂貴等情況下，微創手術模擬裝置快速發展，但是一套完整的微創手術裝置缺少內窺鏡引導是遠遠不行的，同時整套的內窺鏡系統費用昂貴，因此相應的內窺鏡模擬裝置尤為需求。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種內窺鏡模擬裝置及其在微創手術訓練系統中的應用，以期為微創外科手術培訓帶來事半功倍的效果，準確快速提高參訓外科醫生的手感和技能。尤其是能夠模擬真實內窺鏡探頭在人體體內自由度的動作，高仿真觸碰人體力反饋效果，并能在將內窺鏡調整到需要的視角后松手即能保持內窺鏡視角穩定性。
[0006]本發明為解決技術問題采用如下技術方案:
[0007]本發明內窺鏡模擬裝置的結構特點是所述內窺鏡模擬裝置是按如下形式設置的基于柔性阻尼定位的內窺鏡模擬裝置:
[0008]以窺鏡底座為支撐呈Z向設置窺鏡航向軸，在所述窺鏡航向軸上配合設置窺鏡“U”形座，并且所述窺鏡“U”形座可以在所述窺鏡航向軸上于水平面內繞窺鏡航向軸轉動，所述Z向為豎直方向；
[0009]以所述窺鏡“U”形座為支撐呈X向設置窺鏡俯仰軸，在所述內窺鏡俯仰軸上配合設置窺鏡主架板，并且所述窺鏡主架板可以在所述窺鏡俯仰軸上于豎直平面內繞窺鏡俯仰軸轉動；以所述窺鏡俯仰軸與所述窺鏡航向軸構成窺鏡主架板的二維旋轉垂直軸系；
[0010]以所述窺鏡主架板為支撐固定設置窺鏡探桿座，在所述窺鏡探桿座中呈X向設置可轉動的窺鏡傳動齒輪軸，在所述窺鏡傳動齒輪軸上固定設置窺鏡傳動齒輪；位于窺鏡探桿座中的窺鏡探桿通過齒條與所述窺鏡傳動齒輪實現嚙合傳動；所述窺鏡探桿在窺鏡探桿座中的軸向移動通過窺鏡傳動齒輪帶動窺鏡傳動齒輪軸轉動；所述窺鏡探桿在前端和尾端貫穿所述窺鏡探桿座，并以所述窺鏡探桿的前端為探桿頭，在所述窺鏡探桿的尾部連接窺鏡電位器作為操作手柄；
[0011]設置柔性阻尼定位系統，其包括設置在窺鏡傳動齒輪軸上的第一柔性阻尼定位裝置、設置在窺鏡俯仰軸上的第二柔性阻尼定位裝置，以及設置在窺鏡航向軸上的第三柔性阻尼定位裝置；所述第一柔性阻尼定位裝置是在窺鏡探桿與窺鏡探桿座之間形成柔性阻尼；所述第二柔性阻尼定位裝置是在窺鏡俯仰軸與窺鏡“U”形座之間形成柔性阻尼；所述第三柔性阻尼定位裝置是在所述窺鏡航向軸與窺鏡“U”形座之間形成柔性阻尼；
[0012]本發明內窺鏡模擬裝置的結構特點也在于:分別設置各光柵碼盤及讀數頭，用于獲得窺鏡俯仰軸和窺鏡航向軸的角位移，以及窺鏡探桿的軸向位移。
[0013]本發明內窺鏡模擬裝置的結構特點也在于:設置窺鏡零位校準塊，所述窺鏡零位校準塊以其上段固定在窺鏡主支架板的一側邊，所述窺鏡零位校準塊的底部設置為倒梯形端面，在窺鏡底座的水平臺面上對應設置為倒梯形槽，利用所述倒梯形端面與倒梯形槽的配合實現窺鏡航向軸和窺鏡俯仰軸的旋轉限位和回零。
[0014]本發明內窺鏡模擬裝置的結構特點也在于:所述第三柔性阻尼定位裝置是在窺鏡航向軸的上部依次套裝聚四氟乙烯墊片，鋁合金墊片，彈簧導向軸、壓縮彈簧和彈簧蓋帽，在所述彈簧蓋帽上壓裝調節螺母，所述調節螺母螺紋連接在窺鏡航向軸的上端，利用調節螺母壓緊所述聚四氟乙烯墊片在所述窺鏡航向軸與窺鏡“U”形座之間形成柔性阻尼。
[0015]本發明微創手術綜合訓練系統，其特征是:在安裝底板的中央安裝權利要求1所述的內窺鏡模擬裝置，在所述內窺鏡模擬裝置的左側安裝有左手側微創手術模擬裝置，在所述內窺鏡模擬裝置的右側安裝有右手側微創手術模擬裝置，構成微創手術綜合訓練系統。
[0016]與已有技術相比，本發明有益效果體現在:
[0017]1、本發明中內窺鏡模擬裝置可模擬實現真實內窺鏡裝置在體內三維空間中左右擺動旋轉、上下俯仰旋轉、繞自身軸線回轉、前后軸向移動4個移動狀態；微創手術仿真裝置可以實現手術夾鉗、手術刀等器具在人體內三維空間六個自由度的運動，且具有超高仿真觸碰人體力反饋效果；
[0018]2、本發明中內窺鏡模擬裝置使用的柔性阻尼定位機構，基于彈簧和聚四氟乙烯片結合的面摩擦柔性阻尼原理，阻尼力大小可調，制作成本低廉，可實現旋轉過程中阻尼定位，保證后旋轉至預定角度后內窺鏡視角定位，此柔性阻尼定位技術將被應用到更廣泛的的領域之中。
[0019]3、利用本發明可以實現在軟件界面中仿真尿道膀胱鏡、電切鏡、腹腔鏡等在人體腔道內的各種移動動作，以及為手術夾鉗提供實時的視角，擴展成一個完善的綜合微創手術訓練系統。
[0020]4、本發明采用模塊化設計、互換性強、維護方便，探桿可方便地更換為普外、泌尿、骨科、五官、婦科等科目器具，使此微創手術仿真裝置適應多科目的手術訓練。
[0021]5、本發明無需真實昂貴的內窺鏡，人體和動物等實體練習，在尸體資源昂貴且稀缺、傷害動物、人體模型逼真感不夠等客觀不利因素下能準確高效地提高受訓醫生的醫技水平。
[0022]6、本發明體積小，成本低廉，功能齊全，可方便安裝在臺車上，便攜方便；呈一左一右布置兩套本發明微創手術模擬裝置，方便醫生左右手的配合操作，結合助手操作內窺鏡模擬裝置，經視覺引導可擴展成一個完善的綜合微創手術訓練系統。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明三維結構示意圖；
[0024]圖2為本發明機械裝配示意圖；
[0025]圖3為本發明微創手術綜合訓練系統三維布局示意圖；
[0026]圖4為本發明中微創手術模擬裝置三維結構示意圖；
[0027]圖5為本發明中微創手術模擬裝置機械裝配示意圖；
[0028]圖6為本發明中微創手術模擬裝置中探桿力反饋部分結構示意圖；
[0029]圖7a為本發明中微創手術模擬裝置中磁阻尼器結構示意圖；
[0030]圖7b為本發明中微創手術模擬裝置中磁阻尼器原理示意圖；
[0031]圖中標號:1第一圓柱磁鐵，2第二圓柱磁鐵，3筒體，4緊定螺釘，5端蓋，6深溝球軸承，7中軸，8零位校準塊，8a為“V”型端面，8b為“V”型槽，1-1底座，1-2航向軸電磁剎車器，1-3為“U”形座，1-4第三磁阻尼器，1-5航向軸，1-6第三光柵碼盤及讀數頭，1-7俯仰軸電磁剎車器，1-8俯仰軸，1-9第二光柵碼盤及讀數頭，1-10主架板，1-11第二磁阻尼器，
2-1剎車盤底座，2-2電磁剎車盤，2-3阻尼器支撐架，2-4第一磁阻尼器，2-5磁阻尼輸出軸，
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