穿刺模擬裝置以及穿刺模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種醫(yī)學(xué)仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種穿刺模擬裝置以及穿刺模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)實(shí)生活中，醫(yī)護(hù)人員常常通過穿刺來(lái)向人體注入所需的血液、藥液、營(yíng)養(yǎng)液、或其他病人所需的流體。在醫(yī)護(hù)人員學(xué)習(xí)穿刺過程中，可以通過采用穿刺模擬裝置，來(lái)減少醫(yī)護(hù)人員的學(xué)習(xí)穿刺時(shí)間，并且提高醫(yī)護(hù)人員的穿刺技能。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，穿刺模擬裝置包括具有穿刺點(diǎn)的仿真平臺(tái)、設(shè)置在仿真平臺(tái)內(nèi)的力反饋裝置、針以及控制裝置。當(dāng)針穿過穿刺點(diǎn)并且對(duì)力反饋裝置施加作用力時(shí)，控制裝置可以基于力反饋裝置的位置變化，來(lái)向力反饋裝置提供控制信號(hào)。此時(shí)力反饋裝置基于控制信號(hào)向針施加相應(yīng)的作用力，從而使操作人員有種實(shí)際操作的感覺。
[0004]但是現(xiàn)有技術(shù)的穿刺模擬裝置具有以下缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)受限，需要使用較大的空間來(lái)放置力反饋機(jī)構(gòu);成本太高，由于大多需要使用很復(fù)雜的力反饋裝置，所以使得教學(xué)設(shè)備的研發(fā)以及生產(chǎn)成本太高;控制復(fù)雜，由于使用了多自由度力反饋設(shè)備，其控制時(shí)要考慮慣性力的平衡，以及多自由度力的協(xié)同；功能受限，由于目前市面上的多自由度力反饋設(shè)備單一，造成很多力感無(wú)法實(shí)現(xiàn);為了在穿刺模擬過程中適應(yīng)不同的針姿，所以力反饋裝置必須采用多自由度以便于調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的穿刺模擬裝置需要在仿真平臺(tái)內(nèi)設(shè)置，因此現(xiàn)有技術(shù)中的穿刺模擬裝置無(wú)論是在仿真平臺(tái)或是力反饋裝置結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜，體積也較大。另外，現(xiàn)有技術(shù)中的穿刺模擬裝置對(duì)力反饋裝置的直線度要求較高，對(duì)于整體結(jié)構(gòu)的精度要求較高，因而現(xiàn)有技術(shù)中的穿刺模擬裝置的成本較高。同時(shí)由于使用了多自由度力反饋設(shè)備，其控制時(shí)要考慮慣性力的平衡，以及多自由度力的協(xié)同。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的穿刺模擬裝置基于結(jié)構(gòu)限制，也無(wú)法對(duì)各種病例進(jìn)行模擬。
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種穿刺模擬裝置以及穿刺模擬方法，其能解決上述問題中的至少一種。
[0007]本申請(qǐng)公開了一種穿刺模擬裝置，它包括，
針筒；
穿設(shè)在針筒上并能相對(duì)針筒移動(dòng)的針；
力反饋裝置，其設(shè)置在所述針上；
控制裝置，其用于獲取所述針的位置信息，并基于所述針的位置信息生成用于待提供給所述力反饋裝置的控制信號(hào)。
[0008]優(yōu)選地，它包括:所述針具有設(shè)置在所述針相對(duì)兩端的針尖和針尾，所述針尖位于所述針筒外。
[0009]優(yōu)選地，它包括:所述控制裝置用于獲取所述針尾的位置信息，并基于所述針尾的位置獲取所述針尖的位置信息，并基于所述針尖的位置信息生成用于待提供給所述力反饋裝置的控制信號(hào)。
[0010]優(yōu)選地，所述力反饋裝置包括與所述控制裝置電性連接的電機(jī)，所述電機(jī)與所述針傳動(dòng)連接。
[0011]優(yōu)選地，所述針尾將所述針筒分隔為相互隔離的靠近所述針尖的第一腔室和遠(yuǎn)離所述針尖的第二腔室;所述力反饋裝置還包括液壓驅(qū)動(dòng)裝置，所述液壓驅(qū)動(dòng)裝置包括液壓缸、穿設(shè)在所述液壓缸上并能相對(duì)所述液壓缸移動(dòng)的活塞桿，所述活塞桿的一端設(shè)置有能將所述液壓缸分隔為兩個(gè)相互隔離的第三腔室和第四腔室，所述電機(jī)與所述活塞桿的另一端傳動(dòng)連接，所述第二腔室與所述第三腔室連通。
[0012]優(yōu)選地，所述力反饋裝置包括與所述控制裝置電性連接的摩擦力裝置，所述摩擦力裝置與所述針連接。
[0013]優(yōu)選地，所述力反饋裝置包括磁流體，所述控制裝置包括用于與所述磁流體對(duì)應(yīng)的線圈。
[0014]優(yōu)選地，所述控制裝置用于獲取調(diào)節(jié)參數(shù)，所述控制裝置基于所述調(diào)節(jié)參數(shù)以及所述針的位置信息生成用于待提供給所述力反饋裝置的控制信號(hào)。
[0015]本申請(qǐng)公開了一種穿刺模擬方法，它包括以下步驟:
獲取針尖的位置信息；
基于所述針尖的位置信息，向力反饋裝置提供控制信號(hào)；
所述力反饋裝置接收控制信號(hào)，并對(duì)針尖提供與所述控制信號(hào)信號(hào)相對(duì)的力反饋。
[0016]優(yōu)選地，在所述獲取針尖的位置信息步驟還包括:
通過空間定位系統(tǒng)獲取針尾的位置信息，基于所述針尾的位置信息通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法獲取針尖的位置信息。
[0017]優(yōu)選地，在基于所述針尖的位置信息，向力反饋裝置提供控制信號(hào)步驟還包括: 通過碰撞檢測(cè)算法，獲取所述針尖與虛擬人體的相對(duì)位置關(guān)系，基于所述針尖與模擬物的相對(duì)位置關(guān)系，所述控制裝置向力反饋裝置提供控制信號(hào)。
[0018]優(yōu)選地，當(dāng)所述針尖位于虛擬人體外時(shí)，所述控制裝置向所述力反饋裝置提供第一控制信號(hào)；當(dāng)所述針尖接觸到虛擬人體皮膚時(shí)，所述控制裝置向所述力反饋裝置提供第二控制信號(hào)；當(dāng)所述針尖碰到了虛擬人體的血管但沒有穿透時(shí)，所述控制裝置向所述力反饋裝置提供第三控制信號(hào)；當(dāng)所述針尖突破虛擬人體的血管時(shí)，所述控制裝置向所述力反饋裝置提供第四控制信號(hào)。
[0019]優(yōu)選地，所述控制裝置接收用戶參數(shù)，并基于所述用戶參數(shù)生成調(diào)節(jié)參數(shù)，所述控制裝置基于所述調(diào)節(jié)參數(shù)以及所述針的位置信息生成用于待提供給所述力反饋裝置的控制信號(hào)。
[0020]本申請(qǐng)采用以上結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本申請(qǐng)實(shí)施例中的穿刺模擬裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，成本低；
2、本申請(qǐng)實(shí)施例中的穿刺模擬裝置精度高，力反饋設(shè)備的自由度少，不必考慮多個(gè)自由度協(xié)同作業(yè)；
3、本申請(qǐng)實(shí)施例中的穿刺模擬裝置可以對(duì)各種病例進(jìn)行模擬； 4、本申請(qǐng)實(shí)施例中的穿刺模擬裝置重復(fù)利用度高，基本不產(chǎn)生耗材，提升了資源的利用率；
5、由于針僅具備一個(gè)自由度，因此在穿刺模擬過程中，不受針姿的限制；
6、本申請(qǐng)實(shí)施例中的穿刺模擬裝置不受場(chǎng)景的限制，可以應(yīng)用在各個(gè)場(chǎng)景情況下，甚至可以在人體上進(jìn)行模擬。
[0021]參照后文的說(shuō)明和附圖，詳細(xì)公開了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本發(fā)明的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。
[0022]針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。
[0023]應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。
【附圖說(shuō)明】
[0024]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來(lái)限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對(duì)本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
[0025]圖1示出了本申請(qǐng)中穿刺模擬裝置的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2示出了本申請(qǐng)中穿刺模擬裝置的另一個(gè)【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3示出了圖2的原理示意圖。
[0028]以上附圖的附圖標(biāo)記:1、針筒;2、針;21、針尖;22、針尾;3、力反饋裝置;31、電機(jī)；32、液壓缸;33、第一腔室;34、第二腔室;35、第三腔室;36、第四腔室;37、活塞桿;38、活塞；39、定滑輪。
[0029]
【具體實(shí)施方式】
[0030]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0031 ]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。
[0032]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0033]參照?qǐng)D1所示，本申請(qǐng)公開了一種穿刺模擬裝置，其包括針筒1、針2、力反饋裝置3和控制裝置。針2設(shè)置在針筒I上，并能相對(duì)針筒I移動(dòng)。針2穿設(shè)在針筒I上。力反饋裝置3設(shè)置在針2上，以能對(duì)針2提供力反饋?？刂蒲b置可以獲取針2的位置信息，并基于針2的位置信息生成用于待提供給所述力反饋裝置3的控制信號(hào)。即控制裝置可以基于針2與虛擬人體的相對(duì)位置關(guān)系，來(lái)控制力反饋裝置3，從而使操作人員得到近乎真實(shí)的穿刺體驗(yàn)。
[0034]例如，當(dāng)控制裝置識(shí)別出所述針尖21位于虛擬人體外時(shí)，所述控制裝置向所述力反饋裝置3提供第一控制信號(hào)；當(dāng)控制裝置識(shí)別出所述針尖21接觸到虛擬人體皮膚時(shí)，所述控制裝置向所述力反饋裝置3提供第二控制信號(hào)；當(dāng)控制裝置識(shí)別出所述針尖21碰到了虛擬人體的血管但沒有穿透時(shí)，所述控制電機(jī)31向所述力反饋裝置3提供第三控制信號(hào)；當(dāng)控制裝置識(shí)別出所述針尖21突破虛擬人體的血管時(shí)，所述控制裝置向所述力反饋裝置3提供第四控制信號(hào)。
[0035]圖2示出了本申請(qǐng)中穿刺模擬裝置的一個(gè)具體的實(shí)施例。圖3示出了圖2中穿刺模擬裝置的原理圖。參照?qǐng)D2和圖3所示，穿刺模擬裝置包括針筒1、穿設(shè)在針筒I上并能相對(duì)針筒I移動(dòng)的針2、設(shè)置在針2上的力反饋裝置3、以及控制裝置。針2具有設(shè)置在針2相對(duì)兩端的針尖21和針尾22。其中，針尖21位于針筒I外，針尾22位于針筒I內(nèi)。當(dāng)針尖21與外界抵觸時(shí)，針2能夠相對(duì)針筒I移動(dòng)，從而使得針尾22的位置發(fā)生改變。
[0036]在本實(shí)施方式中，控制裝置可以通過空間定位系統(tǒng)獲取針尾22的位置信息，然后可以基于所述針尾22的位置信息通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法然后得出針尖空間位姿(即獲取針尖21的位置信息)，通過碰撞檢測(cè)算法，可以獲取所述針尖21與虛擬人體的相對(duì)位置關(guān)系，并且可以基于所述針尖21與模擬物的相對(duì)位置關(guān)系