[0001] 本发明涉及医疗训练设备技术领域，尤其涉及一种内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统。

[0002] 随着医学技术的不断进步，微创手术已经成为了现代外科手术的主流方式。内窥镜手术是一种典型的微创手术，通过在患者体内插入内窥镜和手术器械，医生可以在不直接打开体腔的情况下进行手术操作。这种手术方式具有创伤小、恢复快等优点，但是对医生的手术技能要求较高。因此，手术技能的培训成为了医学教育中的一个重要环节。

[0003] 在医学培训中，传统的内窥镜胸腹腔手术培训方法往往依赖于尸体解剖、动物实验或简单的模拟器械。然而，这些方法存在一些问题。首先，尸体解剖虽然可以提供真实的解剖结构，但是缺乏生理状态和血液灌注等生理特征，不能完全模拟真实的手术环境。且尸体解剖的成本高昂，而且资源有限，很难找到足够且合适的病例进行训练。其次，动物实验虽然可以模拟真实的手术环境，但是存在伦理和动物保护的问题，同时动物实验的结果也不能完全模拟人类的反应。简单的模拟器械虽然可以模拟一些手术操作，但是缺乏真实感，不能完全模拟真实的手术环境。

[0004] 因此，开发一种模拟真实手术环境的内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统，对于提高医学生的手术技能和减少学习曲线至关重要。

[0035] 为了更好的理解上述技术方案，这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

[0036] 图1为本申请实施例中提供的内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统的结构框图，所述的内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统包括：

[0037] 胸腹腔模拟模块，用于模拟真实的人体胸腹腔空腔环境及器械、内窥镜插入位置；

[0038] 器官组织模拟模块，设于所述胸腹腔模拟模块中，用于模拟真实的器官和相应的解剖结构；

[0039] 内窥镜模块，用于插入所述胸腹腔模拟模块中，以提供手术视野及器械操作；

[0040] 注液循环系统，与所述器官组织模拟模块连接，用于模拟手术中器官组织模拟模块的血液循环，以增强手术仿真训练的真实性；

[0041] 控制模块，连接器官组织模拟模块及注液循环系统，用于控制器官组织模拟模块和注液循环系统的各种参数设置及协调作用。

[0042] 具体的，所述胸腹腔模拟模块采用一个带硅胶衬套的壳体，所述壳体上打孔，具体的打孔位置与手术时真实的打孔位置相同，这样可以更好地模拟真实的手术环境。

[0043] 在某一优选的实施方式中，所述壳体的材质为医用级硅胶，具有良好的生物相容性和弹性。

[0044] 所述器官组织模拟模块，具有与真实人体相似的解剖结构。器官组织模拟模块可以根据需要定制，以模拟不同的病理情况，如肿瘤、囊肿等。

[0045] 在某一可选的实施方式中，所述器官组织模拟模块采用动物组织，如猪的心脏、肝、肺、胆囊等。

[0046] 在另一可选的实施方式中，所述器官组织模拟模块采用生物材料制成的仿真器官组织，如仿真的心脏、肺、肝、胃、肠等，仿真器官组织可以根据需要定制，以模拟不同的病理情况，例如仿真肝脏可以定制为用于模拟肝硬化、脂肪肝或肝肿瘤等情况的状态；仿真肺可以定制为肺气肿、肺炎或肺癌等情况的状态。

[0047] 所述仿真器官组织使用具有类似人体组织弹性和硬度的高分子聚合物材料制成，这种材料可以根据不同器官的特性进行定制化调整。所述仿真器官组织上设有血管网络。所述高分子聚合物材料包括：

[0048] 聚氨酯(PU)：聚氨酯是一种像皮肤一样的材料，它能呼吸和伸展，但是又可以塑造成各种厚度的形状。

[0049] 硅橡胶：硅橡胶是一种弹性体材料，具有良好的生物相容性，可以用作人体软组织的替代品，如血管、食道等。

[0050] 聚氯乙烯(PVC)：PVC是一种应用广泛的塑料材料，具有良好的弹性和多种硬度选择，能够挤压成型、注铸和吹塑，同时具有良好的抗撕拉和磨损性。

[0051] 聚四氟乙烯(PTFE)：PTFE是一种生物惰性高分子材料，具有良好的力学性能，可用于人造血管。

[0052] 聚乳酸(PLA)和聚乙内酯(PCL)：用于制备组织工程支架材料，具有良好的生物相容性和可降解性。

[0053] 聚己内酯(PCL)和聚苯硫醚(PPS)：通过静电纺丝得到的复合纤维膜具有与天然软组织类似的拉伸力学特征，极低的初始模量，与天然动脉十分接近。

[0054] 进一步地，所述仿真器官组织上还设有生物活性材料，如含有细胞因子或生长因子的凝胶材料，以模拟器官的生理修复和再生过程。示例性地，在模拟肝脏损伤后，可以观察到材料中的细胞因子促进肝细胞的再生和修复，更接近真实人体的生理反应。

[0055] 进一步地，所述仿真器官组织上还设有免疫细胞和炎症因子，当手术操作引起组织损伤时，触发免疫反应，模拟人体的炎症过程。可以观察手术者的操作对免疫反应的影响，并采取相应的治疗措施。

[0056] 进一步地，所述仿真器官组织的上还设有传感器和刺激反应装置，以模拟器官的神经反射和疼痛反应。所述刺激反应装置包括振动器和报警器。例如，在仿真器官组织的某些敏感区域设置传感器，当手术器械触碰到某些敏感区域时，仿真器官组织会产生类似于人体的疼痛反应，振动器开始震动，报警器发出疼痛呼喊声，提醒手术者注意操作的准确性和安全性。

[0057] 进一步地，利用3D打印技术制造所述仿真器官组织，根据真实患者的CT或MRI扫描数据，精确打印出具有个性化病理特征的所述仿真器官组织。例如，对于患有肝肿瘤的患者，可以打印出带有肿瘤的所述仿真器官组织，用于手术培训。

[0058] 进一步地，对于含肿瘤的仿真器官组织，使用不同颜色和硬度的材料来区分良性肿瘤和恶性肿瘤，恶性肿瘤设置更高的硬度和不规则的形状，以增加手术培训的真实性。

[0059] 所述内窥镜模块采包括高清摄像头和手术器械系统，以提供清晰的手术视野，这样可以更好地观察手术部位和操作器械。

[0060] 在某一优选的实施方式中，所述高清摄像头的型号为HDR‑CX720，具有1080p的高清分辨率。

[0061] 所述注液循环系统包括泵和管道系统，管道系统包括第一管道组和第二管道组。第一管道组的一端连接仿真血液容器输出端，另一端连接器官组织模拟模块的血管网络输入端。第二管道组的一端连接器官组织模拟模块的血管网络输出端，另一端连接仿真血液容器回收端。泵设于第一管道组上，所述第一管道组上还有设有压力调节模块和流量调节模块。

[0062] 泵将仿真血液容器中的仿真血液注入器官组织模拟模块的血管中，模拟真实器官的脉动及血液的流动情况。由于静脉血与动脉血对于流量的需求有差异，所以注液循环系统的流量应满足不同的组织需求。

[0063] 通过设置不同的血液流量和压力，以模拟器官在不同生理状态下的代谢需求。示例性地，模拟肝脏囊肿的手术培训中，通过在囊肿模型中注入可调节压力的液体，使其在手术操作中能够根据压力变化而改变形状和大小，就像真实囊肿在体内的变化一样。

[0064] 在某一优选的实施方式中，所述泵的型号为BT00‑300，最大流量为300ml/min。

[0065] 进一步地，所述仿真器官组织上设有振动装置、流量传感器及压力传感器，以与注液循环系统产生协同作用。仿真器官组织通过流量传感器及压力传感器检测注液循环系统提供的血液流量和压力变化，实时调整自身的生理状态。例如，当血液流量增加时，心脏模拟模块的振动装置加快跳动频率，以增加手术培训的真实性。

[0066] 所述控制模块包括微处理器，微处理器连接注液循环系统的泵、压力调节模块、流量调节模块和仿真器官组织上的振动装置、流量传感器及压力传感器，通过控制注液循环系统的参数，从而控制器官组织模拟模块的各种参数，如流量、压力等，同时控制仿真器官组织与注液循环系统产生协同作用。

[0067] 在某一优选的实施方式中，所述微处理器的型号为STM32F103。

[0068] 进一步地，所述内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统还包括：

[0069] 监控模块，用于记录训练过程中的手术操作，对于关键的操作步骤可以拍照保存。

[0070] 所述监控模块包括多台具有拍照和录像功能的摄像头，摄像头布置在胸腹腔模拟模块腔体内，为训练及学习者提供不同的视野来观测内窥镜及器械系统的操作。同时记录训练过程中的关键手术操作，对于关键的操作步骤可以拍照保存。

[0071] 在某一优选的实施方式中，所述摄像头的型号为HDR‑CX720，具有1080p的高清分辨率。

[0072] 进一步地，所述内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统还包括：

[0073] 用户界面，用于操作者与训练系统之间的交互，包括设置训练参数、接收反馈信息等。

[0074] 所述用户界面包括显示器，显示器与所述控制模块、所述内窥镜模块和所述监控模块连接，显示器上可以设置控制模块的训练参数、接收控制模块、内窥镜模块和监控模块反馈信息等，这样可以更好地控制和操作训练系统。外围的学习者也可通过摄像实时学习操作过程，也可后续查看回放。

[0075] 在某一优选的实施方式中，所述显示器的分辨率为1920×1080。

[0076] 本申请实施例提供的内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统可以模拟真实的人体胸腹腔环境，包括器官生理状态、血液灌注、组织反应等，且仿真器官组织与注液循环系统会产生协同作用，使医生在训练过程中能够更真实地感受到手术操作的复杂性和挑战性，提高了手术技能培训的真实性和有效性。

[0077] 系统支持多种手术操作练习，可以模拟多种手术操作，如开胸、开腹、切除器官、止血、缝合等，使医生可以在一个平台上进行多种手术操作练习，提高手术技能。系统还可以提供实时的反馈和评估，帮助医生了解自己的操作是否准确、规范，从而针对性地进行改进和提高。

[0078] 本申请实施例提供的内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统降低了培训成本和时间，系统可以重复使用，无需依赖昂贵的尸体或动物模型，从而大大降低了培训成本。同时，由于该平台可以模拟多种手术场景和情况，医生可以在短时间内接受更全面的培训，提高了培训效率。

[0079] 手术是一项高风险的操作，任何微小的失误都可能导致严重的后果。通过在本申请实施例提供的内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统上进行反复练习，医生可以熟悉手术器械的使用、掌握手术技巧、提高手术操作的熟练度和准确性，从而在实际手术中减少风险和并发症的发生。

[0080] 本申请实施例提供的内窥镜胸腹腔手术仿真训练系统不仅为医生提供了更好的培训平台，还为外科医学的研究提供了重要的支持。通过该系统，研究人员可以模拟不同的手术场景和情况，对手术技术和方法进行深入研究，推动外科医学的不断进步和发展。

[0081] 综上所述，本申请提供的系统可以用于医生的手术技能培训，提高医生的手术技能，降低培训成本，提高资源利用率，避免伦理和动物保护的问题，提高培训的真实性和有效性，降低成本和时间，减少风险和并发症，更好地满足医生的培训需求。

[0082] 应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。

[0083] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0084] 此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0085] 以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并非对本申请任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本申请的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本申请的技术方案的范围内。