申请/专利权人：北京众绘虚拟现实技术研究院有限公司

申请日：2022-04-13

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN114973820B

主分类号：G09B9/00

分类号：G09B9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2022.09.16#实质审查的生效;2022.08.30#公开

摘要：本发明涉及虚拟手术训练设备，具体涉及关节镜模拟训练系统，包括箱体、安装台、模拟腿部、计算机系统、力反馈操作输入设备和虚拟手术显示屏，所述安装台固定安装在所述箱体的顶部，所述箱体底部设有外支撑式滚轮系统，所述模拟腿部的底部设有回转座，所述模拟腿部通过回转座转动安装在所述安装台的中部，所述力反馈操作输入设备设在所述模拟腿部的左右两侧。本发明采用头盔合成显示器，不但能在不影响前方虚拟手术显示屏正常观看的前提下实现低头时触发虚拟图像合成功能实现增强现实效果，而且利用模拟腿部的直接接触操作实现了与虚拟环境的信息交互仿真，具有高沉浸性。

主权项：1.关节镜模拟训练系统，包括箱体、安装台、模拟腿部、计算机系统、力反馈操作输入设备和虚拟手术显示屏，所述安装台固定安装在所述箱体的顶部，所述箱体底部设有外支撑式滚轮系统，其特征在于：所述模拟腿部的底部设有回转座，所述模拟腿部通过回转座转动安装在所述安装台的中部，所述模拟腿部包括大腿部和小腿部，所述大腿部的后端连接有第一偏转组件，所述大腿部通过第一偏转组件实现相对于回转座的竖向偏转抬升，所述第一偏转组件包括重力自保持结构，所述小腿部的后端连接有第二偏转组件，所述小腿部通过第二偏转组件与大腿部的前端转动连接，所述第一偏转组件的底端串联安装有左右摆动组件，所述左右摆动组件用于实现所述模拟腿部整体的左右摆动，所述第二偏转组件包括重力自保持结构，所述力反馈操作输入设备设在所述模拟腿部的左右两侧，所述模拟腿部设有腿部运动感知及控制模块，所述腿部运动感知及控制模块用于通过感知和控制所述模拟腿部的运动姿态而实现操作者与虚拟患者的互动，所述虚拟手术显示屏固定安装在所述箱体的后侧上部，所述计算机系统集成安装在所述箱体内部，所述计算机系统包括数据处理中心和存储计算控制中心，所述数据处理中心连接有虚拟手术病例数据库选择单元和手术器械选取输入模块，所述虚拟手术病例数据库选择单元内存储的模型由可视人体彩色断层图像经过组织分割、三维表面重建、四面体剖分建立，所述手术器械选取输入模块包括关节镜单元、穿刺器械单元、探针单元、推刀单元、钩刀单元、持物钳单元、手术剪刀单元、篮钳单元和髓核钳单元，所述安装台上部还配备有头盔穿戴设备，所述头盔穿戴设备包括头盔合成显示器和姿态仪开关装置，所述头盔合成显示器用于将存储计算控制中心的实时虚拟手术部位外部图像进行投射，所述姿态仪开关装置用于通过头部姿态信号来触发启动所述头盔合成显示器的图像叠加合成动作，所述存储计算控制中心包括知识学习和查询功能单元、手术方案建立输入功能单元、虚拟手术预处理交互功能单元和虚拟手术操作交互功能单元，所述知识学习和查询功能单元包括手术演示学习模块和解剖结构学习模块，所述手术方案建立输入功能单元用于考核操作者如何根据CT或MRI判定游离体在关节腔内的具体位置从而确定穿孔部位，虚拟手术预处理交互功能单元用于通过语音和虚拟腿部直接接触实现操作者与虚拟场景的交互过程，所述存储计算控制中心包括碰撞接触检测考核模块，所述碰撞接触检测考核模块用于对所述虚拟手术操作交互功能单元工作过程中的骨骼、韧带和半月板等组织器官进行碰撞次数累计考核，所述虚拟手术操作交互功能单元用于通过力反馈操作输入设备实现沉浸式交互模拟训练。

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