CN110111631B - 一种基于混合现实的食管电极插管训练方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于混合现实的食管电极插管训练方法和系统，其方法包括构建人体食道模型，初始化虚拟食管电极的位置并标定虚拟食管电极的标准插管轨迹；根据训练器生成的操作感应信息调整虚拟食管电极在人体食道模型中的实际位置，并根据实际位置确定训练器的反馈摩擦力；显示实际位置与标准插管轨迹之间的偏差信息，以引导训练人员调整插管操作。本发明通过构建人体食道模型，并根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作信号来调整虚拟食管电极在人体食道模型中的实际位置，同时根据实际位置确定训练器的反馈摩擦力，方便训练人员视觉感受和触觉感受插管过程，有利于训练人员及时调整插管操作，快速掌握插管技能，提高学习效率。

Description

一种基于混合现实的食管电极插管训练方法和系统

技术领域

本发明涉及混合现实技术领域，尤其涉及一种基于混合现实的食管电极插管训练方法和系统。

背景技术

体表心电图是诊断心律失常的金标准，一百年来为临床诊治提供了及时、准确、可靠的诊断依据。但由于某些心律失常需患者发作时才能描记到，并且记录点局限在体表，导致P波不清楚，因此无法明确心律失常的具体起源点或心脏激动顺序，对于某些复杂心律失常难以正确诊断。

食管与心脏都位于纵隔内，心脏在前，食管在后，两者之间仅有心包相隔。食管下端的前壁与心脏后壁紧密相邻，向下则靠近左心室，其中左心房后外侧大部分紧贴食管前壁。在心内电生理检查进行心房标测时发现左心房中外侧记录到的电激动波与食管内相应水平记录到的P波最接近，说明食管内记录到的高大P波为左心房激动所引起。

食管心脏电生理检查是一种无创性临床电生理诊断和治疗技术，根据食管与心脏解剖关系密切的特点，将特制的食管电极导管经鼻腔或口腔送入食管，利用放置在食管内相当于左心房水平的电极间接对心脏进行电生理检查。同步记录体表导联与食管导联心电图可以对心脏的电生理特性和心律失常机制做出分析，获得心脏各部位的电生理参数，通过诱发、终止心律失常可以揭示其发生机制，为正确诊断和治疗各种心律失常提供科学依据。

现有技术中,医护人员获取食管电极插管技能是通过对病人经口腔/鼻腔进行食管插管获取,这样对于插管技能不熟练的医护人员来说插管成功率低,并且容易出现插管偏差如误入气管而引起病人极度不适,尤其是对食管电极的插入位置不能准确把握,易导致获取的心电参数不准确,影响了患者病情诊断，严重时将延误病情产生不良后果,并且现有技术中也没有对于患者的食道进行插管训练的设备，不利于医护人员学习获取食管插管技能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于MR的食管电极插管训练方法和系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于混合现实的食管电极插管训练方法，包括如下步骤：

步骤1：构建人体食道模型，在所述人体食道模型中初始化虚拟食管电极的位置，并在所述人体食道模型上标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹；

步骤2：根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，并根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力；

步骤3：显示所述虚拟食管电极的前端在所述人体食道模型中的实际位置与标准插管轨迹之间的偏差信息，以引导训练人员调整插管操作并顺利完成食管电极插管训练。

本发明的有益效果是：本发明的基于混合现实的食管电极插管训练方法，通过构建人体食道模型，并根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作信号来调整虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，同时根据所述实际位置确定所述训练器的反馈摩擦力，方便训练人员视觉感受和触觉感受插管过程，有利于训练人员及时调整插管操作，快速掌握插管技能，提高学习效率。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤1中，所述标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹具体包括：在所述人体食道模型中沿着虚拟食道间隔设置多个关键敏感点，并将所有所述关键敏感点顺次连接，形成所述标准插管轨迹。

上述进一步方案的有益效果是：通过在沿着虚拟食道间隔设置多个关键敏感点，并根据关键敏感点形成标准插管轨迹，这样可以作为参照，方便训练人员在插管过程中根据插管的实际位置调整插管操作，使得在所述人体食道模型中虚拟食管电极的位置更接近标准插管轨迹，保证插管操作顺利完成，提高操作精准度和操作效率。

进一步：所述步骤2中，所述操作感应信息包括物理位移和物理转动角度，根据所述操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置具体包括：

步骤21：根据所述操作感应信息读取所述食管电极的所述物理位移，并根据所述食管电极插管的物理位移确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量；

步骤22：根据所述操作感应信读取所述食管电极的所述物理转动角度，并根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量；

步骤23：根据所述虚拟食管电极的虚拟位移增量和虚拟方向偏量调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述食管电极的物理位移和物理转动角度分别确定所述食管电极在所述人体食道模型中的虚拟位移增量和虚拟方向偏量，从而方便根据所述虚拟位移增量和虚拟方向偏量来调整虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，便于训练人员感知。

进一步：所述步骤21中，所述根据所述食管电极插管的物理位移S确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量L的具体计算公式如下：

L＝S*R

其中，R为位移换算系数，且R的取值范围为[0.1,0.2]；

所述步骤22中，所述根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度α确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量θ的具体计算公式如下：

其中，I为角度换算系数，且I的取值范围为[0.1,0.2]。

上述进一步方案的有益效果是：通过分别对所述食管电极插管的物理位移和物理转动角度进行换算，准确得到所述食管电极在所述人体食道模型中的位置和方向，从而实现实际食管电极操作到人体食道模型中的转换，便于训练人员感知插管操作。

进一步：所述操作感应信息还包括物理移动速度，所述根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力的具体实现为：

获取距离所述虚拟食管电极前端最近的所述关键敏感点i，并计算该所述反馈摩擦力M，计算公式如下：

M＝T_i*V*X；

其中，V表示虚拟食管电极当前的物理移动速度，X表示摩擦力系数，T_i表示关键敏感点i处的感应系数。

上述进一步方案的有益效果是：通过根据所述实际位置确定所述训练器的反馈摩擦力，可以模拟实际插管时的阻力，便于训练人员感知插管手感，提高训练体验。

进一步：所述方法还包括如下步骤：

步骤4：根据所述偏差信息读取所述虚拟食管电极的前端与所述标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点之间的偏移量，并根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息；

其中，所述提示信息用于通过指示灯闪烁、屏幕显示、语音播报和振动中的至少一种方式向训练人员提示所述偏移量。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述提示信息可以引导训练人员调整插管操作，便于使得训练人员的插管操作更接近规范标准，顺利完成插管操作。

进一步：所述根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息具体包括：

当所述偏移量大于第一预设偏移量阈值时，生成偏移预警提示信息，以引导训练人员调整食管电极插管操作；

当所述偏移量大于第二预设偏移量阈值时，生成退回操作提示信息，以引导训练人员退回食管电极插管操作；

其中，所述第一预设偏移量阈值小于所述第二预设偏移量阈值。

本发明还提供了一种基于混合现实的食管电极插管训练系统，包括：

初始化模块，用于构建人体食道模型，在所述人体食道模型中初始化虚拟食管电极的位置，并在所述人体食道模型上标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹；

处理模块，根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，并根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力；

引导模块，用于显示所述虚拟食管电极的前端在所述人体食道模型中的实际位置与标准插管轨迹之间的偏差信息，以引导训练人员调整插管操作并顺利完成食管电极插管训练。

本发明的有益效果是：本发明的基于混合现实的食管电极插管训练系统，通过构建人体食道模型，并根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作信号来调整虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，同时根据所述实际位置确定用于所述训练器的反馈摩擦力，方便训练人员视觉感受和触觉感受插管过程，有利于训练人员及时调整插管操作，快速掌握插管技能，提高学习效率。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法。

本发明还提供了一种基于混合现实的食管电极插管训练装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法的步骤。

附图说明

图1为本发明的基于混合现实的食管电极插管训练方法流程示意图；

图2为本发明的基于混合现实的食管电极插管训练模拟示意图一；

图3为本发明的基于混合现实的食管电极插管训练模拟示意图二；

图4为本发明的基于混合现实的食管电极插管训练模拟示意图三；

图5为本发明的基于混合现实的食管电极插管训练模拟示意图四；

图6为本发明的训练器内部的结构示意图一；

图7为本发明的训练器内部的结构示意图二；

图8为本发明的食管电极完全按照标准插管轨迹插管时的标准心电图波形；

图9为本发明的基于混合现实的食管电极插管训练系统模块框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、传感器，2、固定部，3、食道电极，4、滚轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明提供的一个实施例中，所述基于混合现实的食管电极插管训练方法，包括如下步骤：

步骤1：构建人体食道模型，在所述人体食道模型中初始化虚拟食管电极的位置，并在所述人体食道模型上标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹；

步骤2：根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，并根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力；

步骤3：显示所述虚拟食管电极的前端在所述人体食道模型中的实际位置与标准插管轨迹之间的偏差信息，以引导训练人员调整插管操作并顺利完成食管电极插管训练。

本发明的基于混合现实的食管电极插管训练方法，通过构建人体食道模型，并根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作信号来调整虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，同时根据所述实际位置确定所述训练器的反馈摩擦力，方便训练人员视觉感受和触觉感受插管过程，有利于训练人员及时调整插管操作，快速掌握插管技能，提高学习效率。

如图2所示，在所述人体食道模型中，对虚拟食管电极的位置进行初始化，图中虚拟食管电极的前端伸入人体食道模型中鼻前庭内，初始化完成训练人员在训练器中插入食管电极时，虚拟食管电极的前端即从人体食道模型中鼻前庭内伸入食道，当训练人员在训练器中继续插入食管电极时，虚拟食管电极的前端在人体食道模型中的模拟食道内行走，如果3所示。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述步骤1中，所述标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹具体包括：在所述人体食道模型中沿着虚拟食道间隔设置多个关键敏感点(图2-5中圆圈所示)，并将所有所述关键敏感点顺次连接，形成所述标准插管轨迹。

通过在沿着虚拟食道间隔设置多个关键敏感点，并根据关键敏感点形成标准插管轨迹，这样可以作为参照，方便训练人员在插管过程中根据插管的实际位置调整插管操作，使得在所述人体食道模型中虚拟食管电极的位置更接近标准插管轨迹，保证插管操作顺利完成，提高操作精准度和操作效率。

在人体食道模型上顺着人体食道的方向间隔选取多个关键敏感点，由于人体结构的特征，相邻两个关键敏感点之间的距离可以不同，选取关键敏感点的依据为根据人体食道特征，选取食道弯曲方向较大的部位点和插管必须经过的关键部位点相结合的方式，如图2-5所示，本发明的实施例中，在人体食道模型中选取了五个关键敏感点，通过顺次连接这五个关键敏感点，即可形成标准插管轨迹(如图2至5所示)。

需要特别指出的是，由于模拟插管本身会顺着食道弯曲形变，所述标准插管轨迹与完全插入后的模拟食管电极的形状轨迹并不重合，所述标准插管轨迹仅仅是模拟食管电极的前端比较理想的插入的轨迹。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述步骤2中，所述操作感应信息包括物理位移和物理转动角度，根据所述操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置具体包括：

步骤21：根据所述操作感应信息读取所述食管电极的所述物理位移，并根据所述食管电极插管的物理位移确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量；

步骤22：根据所述操作感应信读取所述食管电极的所述物理转动角度，并根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量；

步骤23：根据所述虚拟食管电极的虚拟位移增量和虚拟方向偏量调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置。

通过所述食管电极的物理位移和物理转动角度分别确定所述食管电极在所述人体食道模型中的虚拟位移增量和虚拟方向偏量，从而方便根据所述虚拟位移增量和虚拟方向偏量来调整虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，便于训练人员感知。

通常，食道电极为柔性材质制成，因此，转动食道电极即可调整食道电极在食管内的行进方向，同理，模拟食道电极也是如此，通过检测食道电极的物理转动角度，通过换算即可得到模拟食道电极的虚拟方向偏量。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述步骤21中，所述根据所述食管电极插管的物理位移S确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量L的具体计算公式如下：

L＝S*R

其中，R为位移换算系数，且R的取值范围为[0.1,0.2]；

所述步骤22中，所述根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度α确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量θ的具体计算公式如下：

其中，I为角度换算系数，且I的取值范围为[0.1,0.2]。

通过分别对所述食管电极插管的物理位移和物理转动角度进行换算，准确得到所述食管电极在所述人体食道模型中的位置和方向，从而实现实际食管电极操作到人体食道模型中的转换，便于训练人员感知插管操作。需要示出的是，这里的虚拟方向偏量为食管电极前端在食管电极的横截面平面内的转动角度。

实际中，如图6和7所示，训练器内设有至少一个(图中示出了一个的情形，多个时可以成环形分布并在中间形成供食道电极3穿过的通孔)可以自由转动的传感器1(表面为球面状)，当食道电极3插入传感器1与固定部2之间的空隙内并转动时，可以带动所述传感器1分别沿着插管方向转动和在垂直于插管方向的平面内周向转动，对应分别输出物理位移信号和物理转动角度信号，这样，根据上述物理位移和物理转动角度分别与对应的所述虚拟位移增量和虚拟方向偏量之间的转换关系，即可准确确定虚拟食管电极在所述人体食道模型中的虚拟位移增量和虚拟方向偏量，结合这样就能准确确定虚拟食管在所述人体食道模型中的位置。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述操作感应信息还包括物理移动速度，所述根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力的具体实现为：

获取距离所述虚拟食管电极前端最近的所述关键敏感点i，并计算该所述反馈摩擦力M，计算公式如下：

M＝T_i*V*X；

其中，V表示虚拟食管电极当前的物理移动速度，X表示摩擦力系数，T_i表示关键敏感点i处的感应系数。

通过根据所述实际位置确定所述训练器的反馈摩擦力，可以模拟实际插管时的阻力，便于训练人员感知插管手感，提高训练体验。这里，所述摩擦力系数可以根据经验值进行调整，关键敏感点i处的感应系数需要针对不同部位进行分别设置，不同部位的关键敏感点的感应系数并不相同，以最接近真是插管操作手感为准。

如图6和7所示，在训练器中，食管电极穿过传感器1与固定部2之间的空隙后，继续穿过两个滚轮4之间形成的空隙，通过电动调节两个滚轮4之间的间隙可以调节所述滚轮4与食道电极3之间的摩擦力，从而调节所述食道电极3插入所述训练器的反馈摩擦力，用来模拟实际插管操作时的阻力，增强模拟操作的手感。

具体地，训练器的反馈摩擦力F与两个滚轮4之间的间隙A之间的具体关系为：

F＝N*K/A

其中，N为训练器的最大摩擦力，本实施例中N为10牛顿，K为两个滚轮4之间的最大距离，本实施例中K为50mm。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

步骤4：根据所述偏差信息读取所述虚拟食管电极的前端与所述标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点之间的偏移量，并根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息；

其中，所述提示信息用于通过指示灯闪烁、屏幕显示、语音播报和振动中的至少一种方式向训练人员提示所述偏移量。

通过所述提示信息可以引导训练人员调整插管操作，便于使得训练人员的插管操作更接近规范标准，顺利完成插管操作。

这里，所述偏移量包括位移偏移量和角度偏移量，当移偏移量和/或角度偏移量超过对应的所述预设偏移量阈值时，则表明此时训练人员的插管操作偏差较大，起到提示训练人员的作用。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息具体包括：

当所述偏移量大于第一预设偏移量阈值时，生成偏移预警提示信息，以引导训练人员调整食管电极插管操作；

当所述偏移量大于第二预设偏移量阈值时，生成退回操作提示信息，以引导训练人员退回食管电极插管操作；

其中，所述第一预设偏移量阈值小于所述第二预设偏移量阈值。

这里，当所述偏移量大于第一预设偏移量阈值时，表明此时模拟插管电极的前端与标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点之间出现了偏差，且偏移量较小，训练人员可以通过提示信息调整插管操作来使得模拟插管电极的前端靠近标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点；当所述偏移量大于第二预设偏移量阈值时表明此时模拟插管电极的前端与标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点之间出现了偏差，且偏移量较大，训练人员无法通过提示信息调整插管操作来使得模拟插管电极的前端靠近标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点，需要退回至上一关键敏感点进行重新插管来纠正插管轨迹，如图4所示，当模拟插管电极的前端插入气管内时，无法通过提示信息调整插管操作来使得模拟插管电极的前端继续插入至食管内更深处，此时，需要退回至上一关键敏感点重新插管，直到模拟插管电极完全插入食管内，如果5所示。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述方法还包括：

步骤5：根据所述提示信息和对应的预设偏移量阈值生成训练报告。

这里，可以根据提示信息(包括偏移预警提示信息和退回操作提示信息)的次数和单次插管训练用时来生成训练报告，并结合预先设置的评估方法生成训练评估结果。比如，单次插管训练用时小于标准插管用时，并且提示信息的次数为零，表明训练人员插管操作熟练，动作规范，训练评估结果为优，再比如单次插管训练用时大于标准插管用时，且偏移预警提示信息超过设定的偏移预警提示次数阈值(比如3次)，甚至出现了退回操作提示信息，表明训练人员插管操作不合格，动作不符合规范，训练评估结果为差。

在本发明提供的一个或多个实施例中，在完成食管电极插管后，通过食管电极模拟食道心电图(EB通道)，检测食道心电图波形并获取食道心电图心房波形特征，并将其与食管电极完全按照标准插管轨迹插管时(即所述虚拟食管电极的前端与所述标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点重合，偏移量为零)的标准食道心电图波形特征比对，并根据当前检测的心电图波形特征与标准食道心电图波形特征之间的特征偏差确定食管电极是否插到了目标位置的范围内。实际中，食管电极插管到目标位置范围后，模拟食道心电图波形，获取实时心电图波形，因个体差异，每个人的最佳位置略有偏差，因此需要通过心电图波形特征来确定食管电极的最佳插入位置。即到达目标区域后，根据得到的食管心房心电图波形特征调整食管电极的位置和角度，直到得到食道心电图心房波形特征与标准食道心电图心房波形特征一致时，即确定为食管电极所在位置为最佳位置。如图8所示，为食管电极完全按照标准插管轨迹插管时的标准心电图波形。

如图9所示，本发明还提供了一种基于混合现实的食管电极插管训练系统，包括：

初始化模块，用于构建人体食道模型，在所述人体食道模型中初始化虚拟食管电极的位置，并在所述人体食道模型上标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹；

处理模块，根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，并根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力；

引导模块，用于显示所述虚拟食管电极的前端在所述人体食道模型中的实际位置与标准插管轨迹之间的偏差信息，以引导训练人员调整插管操作并顺利完成食管电极插管训练。

本发明的有益效果是：本发明的基于混合现实的食管电极插管训练系统，通过构建人体食道模型，并根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作信号来调整虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，同时根据所述实际位置确定所述训练器的反馈摩擦力，方便训练人员视觉感受和触觉感受插管过程，有利于训练人员及时调整插管操作，快速掌握插管技能，提高学习效率。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述初始化模块标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹具体包括：在所述人体食道模型中沿着虚拟食道间隔设置多个关键敏感点，并将所有所述关键敏感点顺次连接，形成所述标准插管轨迹。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述操作感应信息包括物理位移和物理转动角度，所述处理模块包括：

位移子模块，用于根据所述操作感应信息读取所述食管电极的所述物理位移，并根据所述食管电极插管的物理位移确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量；

方向子模块，根据所述操作感应信读取所述食管电极的所述物理转动角度，并根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量；

调整子模块，用于根据所述虚拟食管电极的虚拟位移增量和虚拟方向偏量调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述位移子模块根据所述食管电极插管的物理位移S确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量L的具体计算公式如下：

L＝S*R

其中，R为位移换算系数，且R的取值范围为[0.1,0.2]；

所述方向子模块根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度α确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量θ的具体计算公式如下：

其中，I为角度换算系数，且I的取值范围为[0.1,0.2]。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述操作感应信息还包括物理移动速度，所述处理模块还包括反馈摩擦力子模块，用于根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力，具体为：

获取距离所述食管电极前端最近的所述关键敏感点i，并计算该所述反馈摩擦力M，计算公式如下：

M＝T_i*V*X；

其中，V表示插管电极当前的物理移动速度，X表示摩擦力系数，T_i表示关键敏感点i处的感应系数。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述食管电极插管训练装置还包括提示模块，用于根据所述偏差信息读取所述虚拟食管电极的前端与所述标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点之间的偏移量，并根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息；

其中，所述提示信息用于通过指示灯闪烁、屏幕显示、语音播报和振动中的至少一种方式向训练人员提示所述偏移量。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述提示模块根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息具体包括：

当所述偏移量大于第一预设偏移量阈值时，生成偏移预警提示信息，以引导训练人员调整食管电极插管操作；

当所述偏移量大于第二预设偏移量阈值时，生成退回操作提示信息，以引导训练人员退回食管电极插管操作；

其中，所述第一预设偏移量阈值小于所述第二预设偏移量阈值。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法。

本发明还提供了一种基于混合现实的食管电极插管训练装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法的步骤。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

Claims (10)

1.一种基于混合现实的食管电极插管训练方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建人体食道模型，在所述人体食道模型中初始化虚拟食管电极的位置，并在所述人体食道模型上标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹；

步骤2：根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，并根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力；

步骤3：显示所述虚拟食管电极的前端在所述人体食道模型中的实际位置与标准插管轨迹之间的偏差信息，以引导训练人员调整插管操作并顺利完成食管电极插管训练。

2.根据权利要求1所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法，其特征在于，所述步骤1中，所述标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹具体包括：在所述人体食道模型中沿着虚拟食道间隔设置多个关键敏感点，并将所有所述关键敏感点顺次连接，形成所述标准插管轨迹。

3.根据权利要求2所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法，其特征在于，所述步骤2中，所述操作感应信息包括物理位移和物理转动角度，根据所述操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置具体包括：

步骤21：根据所述操作感应信息读取所述食管电极的所述物理位移，并根据所述食管电极插管的物理位移确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量；

步骤22：根据所述操作感应信读取所述食管电极的所述物理转动角度，并根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量；

步骤23：根据所述虚拟食管电极的虚拟位移增量和虚拟方向偏量调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置。

4.根据权利要求3所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法，其特征在于，所述步骤21中，所述根据所述食管电极插管的物理位移S确定所述虚拟食管电极的虚拟位移增量L的具体计算公式如下：

L＝S*R

其中，R为位移换算系数，且R的取值范围为[0.1,0.2]；

所述步骤22中，所述根据所述物理转动角度以及食管电极前端初始角度α确定所述虚拟食管电极的虚拟方向偏量θ的具体计算公式如下：

其中，I为角度换算系数，且I的取值范围为[0.1,0.2]。

5.根据权利要求3所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法，其特征在于，所述操作感应信息还包括物理移动速度，所述根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力的具体实现为：

获取距离所述虚拟食管电极前端最近的所述关键敏感点i，并计算该所述反馈摩擦力M，计算公式如下：

M＝T_i*V*X；

其中，V表示虚拟食管电极当前的物理移动速度，X表示摩擦力系数，T_i表示关键敏感点i处的感应系数。

6.根据权利要求1所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

步骤4：根据所述偏差信息读取所述虚拟食管电极的前端与所述标准插管轨迹上朝向虚拟食管电极前进方向最接近的关键敏感点之间的偏移量，并根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息；

其中，所述提示信息用于通过指示灯闪烁、屏幕显示、语音播报和振动中的至少一种方式向训练人员提示所述偏移量。

7.根据权利要求6所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法，其特征在于，所述根据所述偏移量与预设偏移量阈值生成提示信息具体包括：

当所述偏移量大于第一预设偏移量阈值时，生成偏移预警提示信息，以引导训练人员调整食管电极插管操作；

当所述偏移量大于第二预设偏移量阈值时，生成退回操作提示信息，以引导训练人员退回食管电极插管操作；

其中，所述第一预设偏移量阈值小于所述第二预设偏移量阈值。

8.一种基于混合现实的食管电极插管训练系统，其特征在于，包括：

初始化模块，用于构建人体食道模型，在所述人体食道模型中初始化虚拟食管电极的位置，并在所述人体食道模型上标定所述虚拟食管电极的标准插管轨迹；

处理模块，根据训练器接收训练人员的食管电极插管操作生成的操作感应信息实时调整所述虚拟食管电极在所述人体食道模型中的实际位置，并根据所述实际位置确定用于调整所述训练器模拟插管阻力的反馈摩擦力；

引导模块，用于显示所述虚拟食管电极的前端在所述人体食道模型中的实际位置与标准插管轨迹之间的偏差信息，以引导训练人员调整插管操作并顺利完成食管电极插管训练。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至7任一项所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法。

10.一种基于混合现实的食管电极插管训练装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的基于混合现实的食管电极插管训练方法的步骤。

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