一种CT穿刺模拟训练装置及方法与流程

本发明属于医疗辅助设备，尤其涉及一种ct穿刺模拟训练装置及方法。

背景技术：

1、在进行肺部手术时，首先采用ct等影像设备扫描病人的肺部获取肺部影像，然后在手术时根据导航系统匹配的位置进行穿刺，因肺部病灶在呼吸时会移动，这就需要在扫描和穿刺时病人的呼吸幅度保持一致，以减少偏差，因此穿刺时准确地把控病人的呼吸状态是非常重要的，病人的呼吸状态可能会受到多种因素的影响，如情绪波动、身体状况等，这些因素都是难以控制的。

2、现有技术中，一般采用呼吸门控装置来监测和控制病人的呼吸，呼吸门控装置是一种通过监测病人的呼吸信号，控制扫描或穿刺设备在特定的呼吸状态下进行操作的装置。这种装置可以有效地保证扫描和穿刺时病人的呼吸状态一致，减少医生个体能力差异，从而减少偏差，提高诊断和治疗的准确性。在ct扫描时，通过呼吸门控装置控制病人进行屏气，记录病人该状态下的ct影像，手术时，医生根据扫描时刻的呼吸状态波形控制呼吸门控装置对病人的呼吸进行控制，这就需要医生对装置和病人的呼吸状态有一定的判断能力，因此，呼吸门控设备的使用需要医生具有一定的操作经验，其次呼吸门控设备需要在实际病人穿刺中学习，学习和使用门槛较高，因此如何设计一种ct穿刺模拟训练装置来帮助医生提高穿刺的准确性成为急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种ct穿刺模拟训练装置及方法，以解决上述的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的一种ct穿刺模拟训练装置及方法的具体技术方案如下：

3、一种ct穿刺模拟训练装置，包括固定座、模拟肋骨结构、模拟起伏结构、模拟病灶结构、模拟皮肤和控制模块，所述模拟肋骨结构、模拟起伏结构固定安装在固定座上，所述模拟肋骨结构、模拟起伏结构相互连接，一起联动，所述模拟病灶结构固定安装在模拟肋骨结构上，所述模拟皮肤包裹整个装置，模拟肋骨结构、模拟起伏结构、模拟病灶结构与控制装置电连接，所述控制装置用于控制模拟肋骨结构、模拟起伏结构、模拟病灶结构、模拟心脏结构工作，所述模拟肋骨结构用于模拟人体肋骨并模拟肋骨起伏，所述模拟起伏结构用于模拟皮肤表面起伏，所述模拟病灶结构用于模拟病灶并模拟病灶的移动。

4、进一步的，所述固定座包括底座、前面板和后面板，前面板和后面板固定安装在底座前后，所述模拟皮肤包裹在前面板和后面板之间。

5、进一步的，所述模拟肋骨结构包括左侧肋骨结构和右侧肋骨结构，所述左侧肋骨结构和右侧肋骨结构在模拟起伏结构的带动下同时进行起伏运动。

6、进一步的，所述左侧肋骨结构包括左轴承座、转轴一、左模拟肋骨，所述左轴承座固定安装在底座上，所述转轴一一端与左轴承座转动连接，另一端与后面板上的通孔转动连接，所述左模拟肋骨一端具有固定部一，所述固定部一与转轴一固定连接，所述固定部一右侧固定连接有摆动杆一，所述摆动杆一在模拟起伏结构的驱动下带动左模拟肋骨的固定部一转动，从而带动左模拟肋骨起伏。

7、进一步的，所述右侧肋骨结构包括右轴承座、转轴二、右模拟肋骨，所述右轴承座固定安装在底座上，左轴承座的对侧，所述转轴二一端与右轴承座转动连接，另一端与前面板上的通孔转动连接，所述右模拟肋骨一端具有固定部二，所述固定部二与转轴二固定连接，所述固定部二右侧固定连接有摆动杆二，所述摆动杆二在模拟起伏结构的驱动下带动右模拟肋骨的固定部二转动，从而带动右模拟肋骨起伏。

8、进一步的，所述模拟起伏结构包括起伏电机、导轨、滑块、连杆、起伏平台，所述起伏电机固定安装在底座上，起伏平台包括起伏平台一和起伏平台二，起伏平台一和起伏平台二通过连杆固定连接，导轨具有两组，其中一组导轨固定安装在起伏电机上，另一组固定安装在固定座上，两个滑块分别与两组导轨滑动连接，起伏平台一和起伏平台二分别与两个滑块固定连接，所述起伏平台一高度小于起伏平台二，所述起伏平台二上端与模拟皮肤接触，所述起伏平台一与模拟皮肤之间具有空隙，两个起伏平台在起伏电机的带动下沿着两组导轨同时做上下运动，所述前面板与起伏平台一之间具有-mm的距离，这段之间的模拟皮肤表面用于模拟人体呼吸起伏最小的部位，起伏电机输出端与同侧的滑块固定连接，所述起伏平台一左侧具有联动杆一，所述联动杆一与摆动杆二轴连接，所述起伏平台二右侧具有联动杆二，所述联动杆二与摆动杆一轴连接，实现模拟肋骨结构与起伏平台联动。

9、进一步的，所述模拟病灶结构安装在右侧肋骨结构的转轴二上，能随着右侧肋骨结构绕着转轴二的轴心转动，所述模拟病灶结构包括移动驱动电机、同步带、皮带轮、固定杆安装座、固定杆和模拟病灶，所述移动驱动电机和固定杆安装座固定安装在右侧肋骨结构的转轴二上，所述同步带与移动驱动电机的输出轴和皮带轮连接，所述皮带轮与固定杆安装座固定连接，所述同步带方向与转轴二平行，所述固定杆一端固定安装在固定杆安装座上，另一端用于固定模拟病灶，所述移动驱动电机转动带动固定杆安装座转动，从而带动模拟病灶转动，所述模拟病灶采用导电硅胶制成，并通过细铜丝连接到控制模块，所述模拟病灶内还具有硫酸钡粉末，用于ct显影，所述固定杆的角度与转轴二既不平行也不垂直。

10、进一步的，包括模拟心脏结构，所述模拟心脏结构安装在模拟肋骨结构上，所述模拟心脏结构与控制装置电连接，所述控制装置控制模拟病灶结构工作，模拟心脏结构用于模拟心脏，所述模拟心脏结构包括心脏模具、电磁铁和弹簧，所述心脏模具内含有金属粉末的硅胶，所述心脏模具通过弹簧固定在左模拟肋骨上，所述弹簧为塑料尼龙材质，避免电磁铁吸附，所述电磁铁固定安装在左模拟肋骨上，通过电磁铁通断电吸附含有金属粉末的心脏模具，在弹簧弹力的作用下实现心脏模具规律跳动，从而模拟心脏的跳动，所述心脏模具底部具有金属圈，金属圈通过细铜丝连接到控制模块。

11、进一步的，所述控制模块包括控制器、穿刺接触检测芯片、电机控制器、电磁驱动器、按键、状态指示灯、电源模块和通信接口模块，所述穿刺接触检测芯片、电机控制器、电磁驱动器、按键、状态指示灯、电源模块、通信接口模块均与控制器电连接，所述心脏模具底部的金属圈和模拟病灶的细铜丝与穿刺接触检测芯片的多个接口电连接，穿刺接触检测芯片用于触发穿刺针接触信号，电机控制器用于分别驱动起伏电机和移动驱动电机工作，所述电磁驱动器与电磁铁电连接，用于提供电磁信号，所述按键安装在前面板上，用于控制装置电源开关，所述状态指示灯用于发出灯光报警指示及电源指示，所述电源模块用于为装置提供所需电源，所述电源模块通过安装在前面板上的电源插口连接电源线，所述通信接口模块用于与外部训练主机建立连接。

12、本发明还公开了一种ct穿刺模拟训练装置的模拟训练方法，包括如下步骤：

13、步骤一：外部训练主机随机选择ct扫描时呼吸幅度，训练主机导航规划软件导入对应该呼吸幅度的模拟训练装置ct影像，进行手术规划，确定穿刺目标和穿刺路径通道；

14、步骤二：打开装置电源：将电源线插入电源插口，打开装置按键，启动设备，状态指示灯亮绿色，表示电源接通；

15、步骤三：呼吸门控的固定位置检查：在模拟训练装置的模拟皮肤上起伏最大部分和最小部分，在有模拟肋骨结构的模拟皮肤且不和病灶处在同一个横截面的位置设置呼吸门控环绕固定标记，最佳位置用绿色两条直线标记，模拟人体呼吸起伏最小的位置用红色两条直线标记，通过直线标记观察学员是否将呼吸门控固定在人体起伏较大的位置；

16、步骤四：穿刺时屏气检查：要求学员观察外部训练主机上呼吸曲线，当模拟训练装置某一时刻呼吸幅度和步骤二设定的呼吸幅度一致时，点击外部训练主机上锁定按钮，外部训练主机发出停止命令，用于模拟穿刺时要求病人屏气屏到和ct扫描时一致；

17、步骤五：进行模拟穿刺训练：若扎到心脏模具，则会触发穿刺接触检测芯片发出信号，状态指示灯亮红色，若扎到模拟病灶则触发穿刺接触检测芯片发出信号，状态指示灯亮蓝色。

18、本发明的一种ct穿刺模拟训练装置及方法具有以下优点：本发明装置配合呼吸定位装置可以实现模拟呼吸训练，有效地帮助医生熟悉呼吸门控的操作，提高实操经验，减少了医生学习呼吸门控的时间，从而降低了医生的工作负担； 通过使用本发明的训练体模，可以提高手术操作的准确性；相比于现有的在实际病人上学习进修的方式，本发明可以在短时间内反复多次学习，有效地降低医疗机构的经济负担；本发明的训练装置不仅可以模拟病人的呼吸状态，还可以模拟出病人的其他生理状态，如心跳等，这将有助于提高治疗的全面性和准确性。

19、由于本技术方案的先进性，因此在医疗模拟技术、呼吸训练设备以及人体模型制造等应用领域可以有广泛的应用。在医疗模拟技术领域，本发明可以提供一种更真实、更接近病人实际呼吸状态的模拟环境，有助于提高医生的操作技能和准确性。在人体模型制造领域，本发明可以作为一种新型的人体模型，用于医学教学和研究，提高教学和研究的效果。此外，由于本发明可以模拟出病人的呼吸状态和其他生理状态，因此在生物医学研究、医疗器械研发等领域也有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种ct穿刺模拟训练装置，包括固定座（1）、模拟肋骨结构（2）、模拟起伏结构（3）、模拟病灶结构（4）、模拟皮肤（6）和控制模块（7），其特征在于，所述模拟肋骨结构（2）、模拟起伏结构（3）固定安装在固定座（1）上，所述模拟肋骨结构（2）、模拟起伏结构（3）相互连接，一起联动，所述模拟病灶结构（4）固定安装在模拟肋骨结构（2）上，所述模拟皮肤（6）包裹整个装置，模拟肋骨结构（2）、模拟起伏结构（3）、模拟病灶结构（4）与控制装置电连接，所述控制装置用于控制模拟肋骨结构（2）、模拟起伏结构（3）、模拟病灶结构（4）、模拟心脏结构（5）工作，所述模拟肋骨结构（2）用于模拟人体肋骨并模拟肋骨起伏，所述模拟起伏结构（3）用于模拟皮肤（6）表面起伏，所述模拟病灶结构（4）用于模拟病灶（46）并模拟病灶（46）的移动。

2.根据权利要求1所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，所述固定座（1）包括底座（11）、前面板（12）和后面板（13），前面板（12）和后面板（13）固定安装在底座（11）前后，所述模拟皮肤（6）包裹在前面板（12）和后面板（13）之间。

3.根据权利要求2所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，所述模拟肋骨结构（2）包括左侧肋骨结构（21）和右侧肋骨结构（22），所述左侧肋骨结构（21）和右侧肋骨结构（22）在模拟起伏结构（3）的带动下同时进行起伏运动。

4.根据权利要求3所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，所述左侧肋骨结构（21）包括左轴承座（211）、转轴一（212）、左模拟肋骨（213），所述左轴承座（211）固定安装在底座（11）上，所述转轴一（212）一端与左轴承座（211）转动连接，另一端与后面板（13）上的通孔转动连接，所述左模拟肋骨（213）一端具有固定部一（2131），所述固定部一（2131）与转轴一（212）固定连接，所述固定部一（2131）右侧固定连接有摆动杆一（2132），所述摆动杆一（2132）在模拟起伏结构（3）的驱动下带动左模拟肋骨（213）的固定部一（2131）转动，从而带动左模拟肋骨（213）起伏。

5.根据权利要求4所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，所述右侧肋骨结构（22）包括右轴承座（221）、转轴二（222）、右模拟肋骨（223），所述右轴承座（221）固定安装在底座（11）上，左轴承座（211）的对侧，所述转轴二（222）一端与右轴承座（221）转动连接，另一端与前面板（12）上的通孔转动连接，所述右模拟肋骨（223）一端具有固定部二（2231），所述固定部二（2231）与转轴二（222）固定连接，所述固定部二（2231）右侧固定连接有摆动杆二（2232），所述摆动杆二（2232）在模拟起伏结构（3）的驱动下带动右模拟肋骨（223）的固定部二（2231）转动，从而带动右模拟肋骨（223）起伏。

6.根据权利要求5所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，所述模拟起伏结构（3）包括起伏电机（31）、导轨（32）、滑块（33）、连杆（34）、起伏平台（35），所述起伏电机（31）固定安装在底座（11）上，起伏平台(35)包括起伏平台一(351)和起伏平台二(352)，起伏平台一(351)和起伏平台二(352)通过连杆(34)固定连接，导轨(32)具有两组，其中一组导轨(32)固定安装在起伏电机(31)上，另一组固定安装在固定座(1)上，两个滑块(33)分别与两组导轨(32)滑动连接，起伏平台一(351)和起伏平台二(352)分别与两个滑块(33)固定连接，所述起伏平台一(351)高度小于起伏平台二(352)，所述起伏平台二(352)上端与模拟皮肤(6)接触，所述起伏平台一(351)与模拟皮肤(6)之间具有空隙，两个起伏平台(35)在起伏电机(31)的带动下沿着两组导轨(32)同时做上下运动，所述前面板(12)与起伏平台一(351)之间具有50-100mm的距离，这段之间的模拟皮肤(6)表面用于模拟人体呼吸起伏最小的部位，起伏电机(31输出端与同侧的滑块(33固定连接，所述起伏平台一(351)左侧具有联动杆一(3511)，所述联动杆一(3511)与摆动杆二(2232)轴连接，所述起伏平台二(352)右侧具有联动杆二(3521)，所述联动杆二(3521)与摆动杆一(2132)轴连接，实现模拟肋骨结构(2)与起伏平台(35)联动。

7.根据权利要求6所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，所述模拟病灶结构（4）安装在右侧肋骨结构（22）的转轴二（222）上，能随着右侧肋骨结构（22）绕着转轴二（222）的轴心转动，所述模拟病灶结构（4）包括移动驱动电机（41）、同步带（42）、皮带轮（43）、固定杆安装座（44）、固定杆（45）和模拟病灶（46），所述移动驱动电机（41）和固定杆安装座（44）固定安装在右侧肋骨结构（22）的转轴二（222）上，所述同步带（42）与移动驱动电机（41）的输出轴和皮带轮（43）连接，所述皮带轮（43）与固定杆安装座（44）固定连接，所述同步带（42）方向与转轴二（222）平行，所述固定杆（45）一端固定安装在固定杆安装座（44）上，另一端用于固定模拟病灶（46），所述移动驱动电机（41）转动带动固定杆安装座（44）转动，从而带动模拟病灶（46）转动，所述模拟病灶（46）采用导电硅胶制成，并通过细铜丝连接到控制模块（7），所述模拟病灶（46）内还具有硫酸钡粉末，用于ct显影，所述固定杆（45）的角度与转轴二（222）既不平行也不垂直。

8.根据权利要求4所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，包括模拟心脏结构（5），所述模拟心脏结构（5）安装在模拟肋骨结构（2）上，所述模拟心脏结构（5）与控制装置电连接，所述控制装置控制模拟病灶结构（4）工作，模拟心脏结构（5）用于模拟心脏，所述模拟心脏结构（5）包括心脏模具（51）、电磁铁（52）和弹簧（53），所述心脏模具（51）内含有金属粉末的硅胶，所述心脏模具（51）通过弹簧（53）固定在左模拟肋骨（213）上，所述弹簧（53）为塑料尼龙材质，避免电磁铁（52）吸附，所述电磁铁（52）固定安装在左模拟肋骨（213）上，通过电磁铁（52）通断电吸附含有金属粉末的心脏模具（51），在弹簧（53）弹力的作用下实现心脏模具（51）规律跳动，从而模拟心脏的跳动，所述心脏模具（51）底部具有金属圈，金属圈通过细铜丝连接到控制模块（7）。

9.根据权利要求8所述的ct穿刺模拟训练装置，其特征在于，所述控制模块（7）包括控制器（71）、穿刺接触检测芯片（72）、电机控制器（73）、电磁驱动器（74）、按键（75）、状态指示灯（76）、电源模块（77）和通信接口模块（78），所述穿刺接触检测芯片（72）、电机控制器（73）、电磁驱动器（74）、按键（75）、状态指示灯（76）、电源模块（77）、通信接口模块（78）均与控制器（71）电连接，所述心脏模具（51）底部的金属圈和模拟病灶（46）的细铜丝与穿刺接触检测芯片（72）的多个接口电连接，穿刺接触检测芯片（72）用于触发穿刺针接触信号，电机控制器（73）用于分别驱动起伏电机（31）和移动驱动电机（41）工作，所述电磁驱动器（74）与电磁铁（52）电连接，用于提供电磁信号，所述按键（75）安装在前面板（12）上，用于控制装置电源开关，所述状态指示灯（76）用于发出灯光报警指示及电源指示，所述电源模块（77）用于为装置提供所需电源，所述电源模块（77）通过安装在前面板（12）上的电源插口连接电源线，所述通信接口模块（78）用于与外部训练主机建立连接。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的ct穿刺模拟训练装置的模拟训练方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明属于医疗辅助设备技术领域，公开了一种CT穿刺模拟训练装置及方法，包括固定座、模拟肋骨结构、模拟起伏结构、模拟病灶结构、模拟皮肤和控制模块，所述模拟肋骨结构、模拟起伏结构固定安装在固定座上，所述模拟肋骨结构、模拟起伏结构相互连接，一起联动，所述模拟病灶结构固定安装在模拟肋骨结构上，所述模拟皮肤包裹整个装置，模拟肋骨结构、模拟起伏结构、模拟病灶结构与控制装置电连接，本发明装置配合呼吸定位装置可以实现模拟呼吸训练，有效地帮助医生熟悉呼吸门控的操作，提高实操经验，减少了医生学习呼吸门控的时间，从而降低了医生的工作负担。

技术研发人员：斯辉健,孙斌,肖小铭,吴明浩
受保护的技术使用者：浙江伽奈维医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23