本发明专利技术提供的虚拟膝关节镜手术装置包括底座和两个操纵臂，操纵臂包括安第一撑架、第二撑架和操纵头，该操纵头包括第一框架、第二框架、第一角位移传感器、第二角位移传感器、第三角位移传感器、直线位移传感器、固定块、第一连接导杆、第二连接导杆、第三连接导杆和第四连接导杆，其中第一框架与第二框架通过所述第三连接导杆和第四连接导杆转动连接，所述固定块通过第一连接导杆和第二连接导杆与第一框架转动连接，第二角位移传感器安装在固定块上且其转动端与所述直线位移传感器的导轨连接。本发明专利技术能根据使用者的不同及其不同的操作习惯，灵活调整手术刀和内窥镜的位置和角度，达到逼真模拟关节手术的效果，缩短了手术医师的培训时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于虚拟手术设备领域，尤其涉及一种虚拟膝关节镜手术的装置。
技术介绍
虚拟手术，又称手术仿真，是虚拟现实技术在医学领域中的应用。虚拟现实技术通 过计算机图形学中的真实感绘制方法逼真地表现出人体器宫的解剖结构、解剖位置、物理 特征以及生理特征，模拟手术过程中可能遇到的各种现象，为医生提供一个虚拟的手术场 景，同时通过交互设备，使医生能够感知到与虚拟器官的交互并通过与虚拟人体器官进行 交互来完成手术过程的模拟。虚拟手术系统可供医生进行手术训练、手术计划甚至辅助真 实的手术治疗。关节镜手术开始主要应用于膝关节，20世纪初起源于日本，20世纪70年代 后在美国等国家得到长足的发展。关节镜手术器械价格昂贵，患者的手术需求较多，但是熟 练使用的医生不多，主要是关节镜手术有很多制约因素，如医生的视野窄，手、眼的协作受 到限制，手术器械的活动范围有限，手术操作难度高，不经过长期训练以及经验积累，医生 难以胜任。而目前的方法是让被训练者观察有经验的外科医生的操作，以熟悉整个手术过 程，或用其他塑料仿制品代替，受训者无法感受到手术器械与组织之间正确的力的交互，这 样正式手术时风险很高。与快速发展的手术需求相比，缺乏熟练掌握关节镜手术的医生是 制约关节镜手术普及发展的一个瓶颈。如何提供一种更好的方式对关节镜手术操作人员进 行训练与教育，以缩短知识获取的时间和成本已经成为本领域亟待解决的问题，基于虚拟 现实技术的关节镜手术训练系统可以随时随地开展训练，使用成本很低，无疑对于手术技 术的发展与推广具有很高的使用价值，但是当前国内的虚拟膝关节镜手术的研究多处于软 件开发阶段，硬件交互设备的发展严重滞后，成为此关节镜手术虚拟训练水平提高的一大 障碍。
技术实现思路
针对上述当前关节镜手术虚拟领域所遇到的问题，本专利技术提供一种虚拟膝关节镜 手术装置，其能根据使用者不同及其不同的操作习惯，灵活调整手术刀和内窥镜的位置和 角度，可以达到逼真模拟关节手术的效果，另外，此装置结构简单，易于操作和维修。本专利技术的技术方案为虚拟膝关节镜手术装置包括底座和安装在所述底座上的两 个操纵臂，所述操纵臂包括安装在所述底座上的第一撑架、与所述第一撑架相连接的第二 撑架和连接在所述第二撑架端部的操纵头，该操纵头包括第一框架、套装在第一框架外的 第二框架，第一框架及第二框架上装设有沿X轴方向转动的机构、沿Y轴方向转动的机构及 沿Z轴方向转动及直线运动的机构，其中沿X轴方向转动的机构包括安装在第一框架侧壁上的第一角位移传感器和通过 安装在第一框架侧壁上的第一连接导杆、第二连接导杆与第一框架相连接的固定块，其中， 固定块能以第一连接导杆和第二连接导杆为轴转动；沿Y轴方向转动的机构包括安装在第二框架侧壁上的第三角位移传感器和连接第一框架与第二框架的第三连接导杆与第四连接导杆，其中，第一框架相对第二框架能以 第三连接导杆和第四连接导杆为轴转动；沿Z轴方向转动及直线运动的机构包括有安装在固定块上的第二角位移传感器 和直线位移传感器，其中，第二角位移传感器的测量端与直线位移传感器的拉杆连接。所述两个操纵臂可安装在所述底座的同一侧面上且相对所述底座的中心面对称。所述第一撑架与所述第二撑架和所述底座均为可调节相对角度的连接，可通过螺 母固定。所述第三连接导杆和第四连接导杆是通过安装在所述第二框架上的第一滚针轴 承和第二滚针轴承连接到所述第二框架上的，所述第一连接导杆和第二连接导杆是通过安 装在所述第一框架上的第三滚针轴承和第四滚针轴承连接到所述第一框架上的。所述固定块分为易于安装更换所述第一连接导杆和第二连接导杆的上下两部分。所述第一角位移传感器和第三角位移传感器分别与所述第一框架和第二框架之 间设有第一垫片和第二垫片。本专利技术能根据使用者的不同及其不同的操作习惯，灵活调整手术刀和内窥镜的位 置和角度，达到逼真模拟关节手术的效果，缩短了手术医师的培训时间，节省了培训费用， 另外，此装置结构简单，易于操作和维修。附图说明图1为本专利技术自由度分析示意图2为本专利技术操纵头装配爆炸图3为本专利技术外框架安装传感器示意图4为本专利技术撑架与外框架安装示意图5为本专利技术内框架安装传感器示意图6为本专利技术内框架安装连接导杆示意图图7为本专利技术紧固块与传感器安装示意图图8为本专利技术撑架与底座安装示意图9为本专利技术总体装配图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。如图2-9所示，虚拟膝关节镜手术装置包括底座36和安装在所述底座36上的两 个操纵臂100，所述操纵臂100包括安装在所述底座36上的第一撑架26、与所述第一撑架 26相连接的第二撑架25和连接在所述第二撑架25端部的操纵头101，该操纵头101包括 第一框架15、套装在第一框架15外的第二框架16，第一框架15及第二框架16上装设有沿 X轴方向转动的机构、沿Y轴方向转动的机构及沿Z轴方向转动及直线运动的机构，其中沿X轴方向转动的机构包括安装在第一框架15侧壁上的第一角位移传感器1和 通过安装在第一框架15侧壁上的第一连接导杆5、第二连接导杆13与第一框架15相连接 的固定块10，其中，固定块10能以第一连接导杆5和第二连接导杆13为轴转动；沿Y轴方向转动的机构包括安装在第二框架16侧壁上的第三角位移传感器21和连接第一框架15与第二框架16的第三连接导杆12与第四连接导杆17，其中，第一框架15 相对第二框架16能以第三连接导杆12和第四连接导杆17为轴转动；沿Z轴方向转动及直线运动的机构包括有安装在固定块10上的第二角位移传感 器8和直线位移传感器7，其中，第二角位移传感器8的测量端与直线位移传感器7的拉杆 连接。所述两个操纵臂100可安装在所述底座36的同一侧面上且相对所述底座36的中 心面对称。所述第一撑架26与所述第二撑架25和所述底座36均为可调节相对角度的连接， 并可通过螺母固定，此种设计使该装置的使用更具灵活性。所述第三连接导杆12和第四连接导杆17是通过安装在所述第二框架16上的第 一滚针轴承11和第二滚针轴承18连接到所述第二框架16上的，所述第一连接导杆5和第 二连接导杆13是通过安装在所述第一框架15上的第三滚针轴承4和第四滚针轴承14连 接到所述第一框架15上的。滚针轴承能使模拟手术中的转动更灵活、自由。所述固定块10分为易于安装更换所述第一连接导杆5和第二连接导杆13的上下 两部分，通过四个内六角螺钉6固定在四个M8螺纹孔34处实现装配。第二角位移传感器8通过与紧固块10的中间孔33过盈配合安装固定，其可采集 来自直线位移传感器7的旋转量。所述第一角位移传感器1和第三角位移传感器21分别与所述第一框架15和第二 框架16之间设有第一垫片3和第二垫片19，分别由开槽螺钉2通过第一 M5螺纹孔31安装 和由开槽螺钉20通过第二 M5螺纹孔22安装。其中，第一角位移传感器1通过测量第一连 接导杆5的转动量达到捕获虚拟手术中一个自由度的目的，第三角位移传感器21通过测量 第四连接导杆17的转动量达到捕获虚拟手术中另一个自由度的目的。本实施例中，第一连接导杆5和第二连接导杆13与紧固块10的紧固孔35为过盈 配合连接，第三连接导杆12和第四连接导杆17与第一框架15的第一紧固孔39、第二紧固 孔4本文档来自技高网...
【技术保护点】
虚拟膝关节镜手术装置，包括底座（３６）和安装在所述底座（３６）上的两个操纵臂（１００），其特征在于：所述操纵臂（１００）包括安装在所述底座（３６）上的第一撑架（２６）、与所述第一撑架（２６）相连接的第二撑架（２５）和连接在所述第二撑架（２５）端部的操纵头（１０１），该操纵头（１０１）包括第一框架（１５）、套装在第一框架（１５）外侧的第二框架（１６），第一框架（１５）及第二框架（１６）上装设有沿Ｘ轴方向转动的机构、沿Ｙ轴方向转动的机构及沿Ｚ轴方向转动及直线运动的机构，其中：沿Ｘ轴方向转动的机构包括安装在第一框架（１５）侧壁上的第一角位移传感器（１）和通过安装在第一框架（１５）侧壁上的第一连接导杆（５）、第二连接导杆（１３）与第一框架（１５）相连接的固定块（１０），其中，固定块（１０）能以第一连接导杆（５）和第二连接导杆（１３）为轴转动；沿Ｙ轴方向转动的机构包括安装在第二框架（１６）侧壁上的第三角位移传感器（２１）和连接第一框架（１５）与第二框架（１６）的第三连接导杆（１２）与第四连接导杆（１７），其中，第一框架（１５）相对第二框架（１６）能以第三连接导杆（１２）和第四连接导杆（１７）为轴转动；沿Ｚ轴方向转动及直线运动的机构包括有安装在固定块（１０）上的第二角位移传感器（８）和直线位移传感器（７），其中，第二角位移传感器（８）的测量端与直线位移传感器（７）的拉杆连接。...
【技术特征摘要】
虚拟膝关节镜手术装置，包括底座(36)和安装在所述底座(36)上的两个操纵臂(100)，其特征在于所述操纵臂(100)包括安装在所述底座(36)上的第一撑架(26)、与所述第一撑架(26)相连接的第二撑架(25)和连接在所述第二撑架(25)端部的操纵头(101)，该操纵头(101)包括第一框架(15)、套装在第一框架(15)外侧的第二框架(16)，第一框架(15)及第二框架(16)上装设有沿X轴方向转动的机构、沿Y轴方向转动的机构及沿Z轴方向转动及直线运动的机构，其中沿X轴方向转动的机构包括安装在第一框架(15)侧壁上的第一角位移传感器(1)和通过安装在第一框架(15)侧壁上的第一连接导杆(5)、第二连接导杆(13)与第一框架(15)相连接的固定块(10)，其中，固定块(10)能以第一连接导杆(5)和第二连接导杆(13)为轴转动；沿Y轴方向转动的机构包括安装在第二框架(16)侧壁上的第三角位移传感器(21)和连接第一框架(15)与第二框架(16)的第三连接导杆(12)与第四连接导杆(17)，其中，第一框架(15)相对第二框架(16)能以第三连接导杆(12)和第四连接导杆(17)为轴转动；沿Z轴方向转动及直线运动的机构包括有安装在固定块(10)上的第二角位移传感器(8)和直线位移...
【专利技术属性】
技术研发人员：何汉武，李晋芳，何宇磊，雷钧，韩双景，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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