膝关节镜外科手术模拟仿真训练系统
MedSim-301膝关节镜手术仿真训练系统是根据骨科膝关节镜手术临床训练的实际需要和膝关节镜手术训练的难点,采用计算机虚拟仿真仿真技术,构建交互式膝关节镜三维虚拟仿真手术训练过程,使学习者通过视觉、听觉和触觉感知来学习膝关节镜手术的各种基本技能,如三点成像定位、手眼协调、关节浏览和探查等;还可以学习膝关节镜手术的实际操作方法,如关节清理、半月板缝合、ACL重建、游离体摘除等。
该系统虚拟环境逼真、界面友好、操作简便、稳定性好、易于维护,并具有较好的升级和扩展性。可在医院、医科院校的教学培训中广泛应用,主要训练对象为:住院医师、主治医师、研究生、进修生、高年级本科生以及其他需要培训膝关节镜手术操作的学习者。
“系统”以医学影像数据为基础,并在专业人员的指导下构建的虚拟人体膝关节部位组织模型,保证解剖结构的正确。系统对各种膝关节镜手术的操作方法也以标准定制,保证操作流程的规范性。系统与传统的手术训练方式相比,优势显而易见。

系统功能技术特点
虚拟场景逼真
系统以医学影像数据为基础,构建虚拟的人体器官模型,可以保证解剖结构的正确性。同时,采用先进的实时渲染技术,对术中的流血、气泡、滑膜飘动、汽化器辉光等特效均进行了逼真地模拟,所有产生的音响效果均为在手术室现场录制。
模拟多种病变
系统提供对滑膜增生、软骨损伤、游离体、半月板撕裂、前交叉韧带损伤等多种病变的模拟,便于用户练习对不同病变的应对方法。
提供实时力反馈
通过6自由度触觉交互设备,系统可以对膝关节镜手术过程中用户由于操作器械而感知到的力进行模拟,并实时的反馈给用户,提高了手术模拟的触觉真实感。
模拟软组织形变
采用有限元方法、弹簧振子模型等形变模型,对手术场景中的肌肉、韧带、肌腱、半月板等软组织进行实时逼真的形变模拟,提高了手术模拟的视觉真实感。
支持双手操作
通过使用两台PHANToM触觉交互设备和相关手术器械操作接口,系统实现了对真实手术中双手配合操作的模拟。用户可以用左右手分别操作关节镜和其他手术器械。
手术步骤提示
对于半月板缝合、ACL重建等具有复杂流程的膝关节镜手术,系统在用户模拟训练时会给出当前手术状态、手术步骤提示和所将要用到的手术器械等提示信息,帮助记忆掌握手术步骤,便于指导初学者完成手术训练。
仿真了多种类器械
系统仿真了关节镜手术中常用的0°关节镜、30°关节镜、镰状刀、穿戳器、探钩、刨削器、射频汽化器(直头、弯头)、游离体钳、蓝钳、磨钻、导针、半月板缝合器、半月板锉、阶梯钻、股骨定位器、胫骨定位器、环钻、螺丝等。
提供多种训练模式和教学提示
系统提供了基本训练模式和手术操作训练模式,基本训练模式针对初学者,训练基本关节镜定位浏览、双手三角定位和手眼协调的操作,并提供技术评判和评定分数。手术操作训练模式针对高级学习者,提供了具体病例的手术仿真操作,并针对训练过程中学习者的误操作,系统可提供实时警告和最终的错误列表,便于纠正术中的错误。
提供屏幕操作录像功能
学习者可以把自己练习操作的过程通过屏幕录像功能录下来,方便回顾复习和查找问题。
提供三视图导航功能
操作时,可实时显示空间三视图(横向、矢向和冠向)以提供导航,并可以实时显示关节镜所看位置的空间解剖结构。
反复高效无风险
由于采用虚拟人体器官,因此在手术过程中并不消耗实体材料,而且不存在针对真实病人进行实习所带来的风险。通过重新开始手术,用户都可以得到一个新的实验样本反复进行练习。这样可以在不增加训练成本的前提下提高用户的训练量,保证了训练的效果。