CN111971728A - 训练装置、导管、图像处理方法、程序以及信息记录介质 - Google Patents

训练装置、导管、图像处理方法、程序以及信息记录介质 Download PDF

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Abstract

提供一种不使用放射线就能够进行导管手术的训练的系统。提供导管手术的训练的系统(10)包括:光源(110);血管模型(130),其插入有导管,该导管涂布有荧光剂;水槽(120),其配置有血管模型(130);滤光器(140),其用于截止来自光源(110)的照射光中不透过血管模型(130)的白色光;相机(150),其用于拍摄透过滤光器(140)的荧光;驱动装置(160),其用于变更光源(110)的姿势;以及计算机(100),其执行对从相机(150)输出的图像信号进行黑白反转的处理。

Description

训练装置、导管、图像处理方法、程序以及信息记录介质
技术领域
本公开涉及用于血管内治疗的训练,更具体地,涉及在不使用放射线的情况下提供训练的技术。
背景技术
使用导管的手术在X射线的投影下进行。该手术的训练也使用X射线透射装置进行。例如,在日本特开2014-170075号公报(专利文献1)中公开了一种“训练装置,该训练装置通过采用简单地构成液体循环的环境并且还能够实施基于X射线摄影的训练的结构,从而能够有效且良好地进行更接近现实的介入技术的训练”。
现有技术文献
专利技术文献
专利技术文献1:特开2014-170075号公报
发明内容
发明要解决的课题
如果在X射线的投影下进行训练,则存在接受训练的医生暴露于射线的问题。因此,需要不进行X射线造影就能够进行手术的训练的技术。
发明人等考虑使用荧光造影的方法代替X射线造影来作为使用导管的手术的训练方法。在X射线造影的情况下,造影剂的X射线吸收系数和导丝(下文,有时简称为“丝”。)的X射线吸收系数的差别不大。因此,导丝与造影剂一起作为黑影呈现,不能通过相机的图像确认,这就是导管的训练的意义所在。另一方面,在荧光造影的情况下,由于荧光造影剂和导丝的吸收系数不同,因此导管清晰地映现在图像中。因此,也有可能难以提高训练的效果。因此,在导管的训练中,需要在不暴露于X射线的情况下提高训练效果的技术。
本发明为了解决上述问题而做出,其某些方面的目的在于,提供一种在不暴露于X射线的情况下提高训练效果的技术。
解决问题所需的手段
根据一个实施方式,提供一种训练装置。该训练装置包括:光源,用于照射插入有导管的器官模型,其中,该导管涂布有荧光剂;滤光器,截止来自光源的照射光,并且透过来自导管的荧光;相机,用于拍摄滤光器的透射光;监视器,用于显示基于透射光的图像;以及计算机,用于使用从相机输出的数据进行图像处理。该计算机构成为:基于来自导管的荧光量执行用于识别导管的图像处理,基于图像处理后的数据,显示或不显示导管。
在一个方面中,光源相对于器官模型配置在配置有相机的一侧。根据该结构,相机拍摄来自器官模型的反射光。在这种情况下,在器官模型的造影剂中含有荧光剂的情况下,即使在导管上涂布有荧光剂,导管也未被摄影到,因此能够提高导管的插入训练的效果。
在一个方面中,光源相对于器官模型配置在配置有相机的一侧的相反侧。根据该结构,相机能够拍摄来自器官模型的透射光。例如,在像导丝那样不透光的部件被插入到器官模型中的情况下,该部件只不过被摄影为影子。从而,通过图像处理也能够使导管不显示,因此能够提供根据目的的训练机会。
在一个方面中,训练装置还具备插入到导管内部的导丝。在导丝的表面涂布有荧光剂。根据这样的结构,能够提供操作导丝的训练。
在一个方面中,除了上述结构,训练装置还具备用于使用从相机输出的数据进行图像处理的计算机。计算机根据数据生成用于显示黑白图像的数据。监视器根据生成的数据显示黑白图像。
在一个方面中,训练装置还具备调节装置,该调节装置用于变更光从光源向导管的照射方向。由于改变照射方向,因此易于推测血管模型的分支等。
根据又一实施方式,提供一种导管。在该导管的表面涂布有荧光剂,荧光剂的涂布膜的表面上施加有亲水性涂层。
根据其他实施方式,提供一种图像处理方法。包括以下步骤:使用光源照射插入有导管的器官模型,其中,该导管涂布有荧光剂;截止来自光源的照射光,并透过来自导管的荧光;基于来自导管的荧光量执行用于识别导管的图像处理,其中,该来自导管的荧光量是通过经由透过荧光的滤光器对来自插入有导管的器官模型的透射光进行摄影而获得的;以及基于图像处理后的数据,显示或不显示导管。
根据其他实施方式,提供一种用于使计算机实现图像处理方法的程序。该程序使计算机执行以下步骤:使用光源照射插入有导管的器官模型,其中,该导管涂布有荧光剂;截止来自光源的照射光,并透过来自导管的荧光;基于来自导管的荧光量执行用于识别导管的图像处理,其中,来自导管的荧光量是通过经由透过荧光的滤光器对来自插入有导管的器官模型的透射光进行摄影而获得的;以及基于图像处理后的数据,显示或不显示导管。
根据又一实施方式,提供存储有上述程序的计算机可读信息记录介质。
发明效果
在一个方面中,在不使用X射线造影下能够使用涂布有荧光剂的导管或导丝进行向器官模型的插入的训练,因此能够防止暴露于辐射。
对于本发明的上述以及其他目的、特征、方面以及优点,将根据结合附图而理解的与本发明相关的以下详细说明而变得清楚。
附图说明
图1是表示根据某实施方式的训练系统的结构的图。
图2表示在训练系统中照射光的一个方式的图。
图3是表示在导管上涂布有荧光剂的状态的图。
图4是表示训练系统进行的处理的步骤的流程图。
图5是表示计算机的结构的框图。
图6是表示应用了本公开的技术构思的情况的图像的图。
图7是表示用激励光源照射导丝插入到器官模型中的状态而通过相机150摄影的荧光图像的图。
图8是表示在计算机100中进行了黑白反转的图像的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中,对相同的部件标注相同的附图标记。它们的名称和功能也相同。因此,不重复对它们的详细说明。
[技术构思]
首先,对本实施方式的技术构思进行说明。在本实施方式中,通过进行模仿血管的器官模型的荧光造影,从而提供将导管、导丝及其他细长的部件插入器官模型时的训练的机会。该部件可以是中空(管状)或实心的任一种。在一个方面中,将涂布有荧光造影剂的导丝插入器官模型中。另外,涂布有荧光剂的导管可以沿着该导丝插入。例如,使用沿着涂布有低浓度的荧光造影剂的导丝插入到器官模型中的导管,使用与之相比浓度更浓的荧光造影剂进行拍摄。荧光造影剂优选为水溶性的。被输入拍摄数据的计算机实时地进行通过荧光相机拍摄的图像的黑白反转处理,对与导丝部分对应的荧光亮度值(一定值以下的亮度值)的非显示(掩盖处理)。本实施方式中的导管是用于血管内治疗的训练用的导管。作为血管内治疗的对象,包括心脏、肾脏、肝脏、脑、脚等的血管。
[系统配置]
参照图1,对根据实施方式的系统10进行说明。图1是表示某实施方式的系统10的结构的图。系统10具备计算机100、光源110、水槽120、滤光器140、相机150、驱动装置160。在水槽120中配置有作为器官模型的一例的血管模型130。光源110的姿势(例如,照射方向)能够通过驱动装置160而变更。驱动装置160由计算机100或操作面板(未图示)的操作进行控制,并控制光源110的姿势。
光源110在一个方面是激励光源,可以构成为LED(Light EmittingDiode,发光二极管)阵列。从光源110发出的光照射水槽120。透过水槽120的光透过滤光器140。在一个方面中,滤光器140可以构成为激励光滤光器。滤光器140优选至少能够截止来自光源110的照射光的滤光器。来自滤光器140的光由相机150摄影。来自相机150的图像信号被输入至计算机100。
血管模型130在一个方面由透过激励光和荧光的材料构成,可以是透明的,也可以是半透明的。另外,在另一个方面,血管模型130可以着色,也可以无色。在系统10中,可以使用接收特定波长的光并发出其他波长的光的荧光物质。系统10通过仅照射激励波长的光,并仅检测荧光波长,从而能够检测S/N比高的信号。在荧光观察中,由于能够仅使观察对象发光来进行监视,因此检测能力提高。在将模拟多个血管的血管模型130配置在水槽120中的情况下,通过对各导管分别使用不同的荧光色素,而能够以高灵敏度检测各导管。
在一个方面,荧光染料可以使用例如荧光素钠(C20H10Na5)、异硫氰酸荧光素(Fluorescein isothiocyanate:FITC)等。光源110发出具有一般的激励光源波长即488nm的波长的光。滤光器140例如仅透过具有510nm波长的光。
参照图2,对系统10的具体结构进行说明。系统10具备激励光源111、112、113、水槽120、滤光器140、相机150。激励光源111是LED阵列。激励光源112、113可以预备地设置为用于故障安全。在水槽120中配置有多个血管模型130。在一个方面中,在水槽120中充满的溶液的折射率与血管模型130的折射率实质上相同。由此,溶液中的血管模型130的透明度提高。
各血管模型130构成为插入有金属丝132、导管131及其他部件。在导管131的表面涂布有荧光涂料。另外,在荧光涂料的表面施加亲水性涂层。在一个方面,导管131由透过激励光和荧光的材料构成,可以是透明的,也可以是半透明的。另外,在另一个方面,导管131也可以着色。导管131可以沿着金属丝132插入血管模型130。在金属丝132上也涂布有荧光涂料。优选至少涂布在导管131的表面上的荧光涂料的亮度比涂布在金属丝的表面上的荧光涂料的亮度高。另外,荧光涂料的亮度可以在每根金属丝上不同。作为亮度,有用于隐藏训练用金属丝的亮度和用于使金属丝醒目的亮度。作为训练的情况,有造影剂注入血管模型130前的状态的训练和造影剂注入血管模型后的状态的训练。涂布在金属丝上的荧光涂料的亮度可以根据造影剂的浓度来决定。
在一个方面中,作为使用系统10的训练,首先,在训练开始之前,对插入导管131之前的血管模型130进行摄影。通过该摄影获得的图像被用作所谓的掩盖像。然后,当开始训练时,将涂布有荧光剂的导丝插入血管模型130中,在该状态下激励光源111或激励光源112、113发光。使哪个激励光源发光根据训练的对象而不同。例如,在进行希望不投影造影剂的流路(血管)的训练的情况下,希望血管模型130的图像的亮度与溶液的区域的亮度为相同程度。在这种情况下,系统10的控制器能够分别控制激励光源112、113照射血管模型130和溶液,使得反射光的亮度均匀。此时的摄影条件保存在系统10中。当相机150对其反射光进行摄影时,拍摄信号被输入至计算机100。
之后,当注入造影剂时,系统10使用预先保存的摄影条件,使激励光源112、113照射血管模型130和溶液。当相机150对该照射产生的反射光进行摄影时,拍摄信号被输入至计算机100。计算机100能够计算这些拍摄信号的差分。
在另一个方面中,当输入来自相机150的信号时,计算机100执行拍摄到的图像的黑白反转处理。另外,计算机100将相当于导管131的荧光亮度值(一定值以下的亮度值)不予显示(掩盖处理)。由此,能够使导管131不易观察。另外,X射线摄影的图像的黑白的亮度可以适当地反转。因此,在根据本实施方式的荧光观察的情况下,也与X射线摄影的情况相同,图像的黑白的亮度也可以随时反转。
在一个方面中,在光从相对于血管模型130位于相机150的相反侧的激励光源111发出,相机150对插入到血管模型130的内部的导管进行拍摄的情况下,导管131的朝向相机150的摄影方向的外表面几乎不会被来自激励光源111的光照射。因此,即使在导管131的外侧涂布荧光剂,在相机150所在的侧也观测不到荧光,导管131能够被拍摄为黑影。在另一个方面中,当从位于与相机150相同侧的激励光源112、113发出光时,通过涂布在导管131的外侧的荧光剂发出荧光,相机150能够对导管131的像进行摄影。这样,由于拍摄结果根据光对导管131的照射方式而不同,所以能够根据目的而在激励光源111和激励光源112、113之间切换照射方向。
例如,在使用导管的现实的手术中,有在加入造影剂之前进行透视而获得的图像和在加入造影剂之后进行透视而获得的图像,各图像的外观不同。与此相同,在训练的情况下,优选由相机150获得的图像数据根据训练的对象而不同。
在一个方面中,相机150经由透过荧光的滤光器对来自器官的模型(例如血管模型130)的透射光进行摄影,该器官的模型插入有导管131,导管131涂布有荧光剂并插入有导丝(例如金属丝132)。计算机100的CPU对通过摄影获得的图像数据进行黑白反转。CPU进行将导丝的图像的亮度值的颜色变更为导丝周围的颜色的处理,将基于处理后的数据的图像显示在监视器上。
在一个方面中,用于使计算机实现图像处理方法的程序使计算机100执行以下步骤:使相机150经由透过荧光的滤光器对来自器官的模型的透射光进行摄影,并接收摄影后的信号的输入,该器官的模型插入有导管,该导管涂布有荧光剂并插入有导丝;对通过摄影获得的图像数据进行黑白反转;执行将导丝的图像的亮度值的颜色变更为导丝周围的颜色的处理;以及将基于处理后的数据的图像显示在监视器上。
在此,使用导丝对激励光源的位置导致的差异进行说明。在一个方面中,在通过荧光造影观察透明的血管内的内腔时,激励光源110、111和激励光源112、113都产生相同的效果。即,对于激励光源110、111那样的透射照明和激励光源112、113那样的反射照明,例如在通过荧光造影观察透明的血管内的内腔的情况下,任何照明都产生同样的效果。
在另一方面中,在(未涂布荧光剂的)导丝插入到模型中而进行上述观察的情况下,如果使用激励光源110、111那样的透射照明,则由于导丝不发出荧光而被摄影为影子。另一方面,如果使用激励光源112、113那样的反射照明,则在比导丝更靠近相机150侧存在荧光造影剂的情况下,导丝由于荧光色素而不能看到,未被相机150摄影到。在这种情况下,根据激励光源112、113这样的反射照明的照射方向的角度,能够改变导丝的影子的出现方式。
在使用了激励光源112、113那样的反射照明的情况下,涂布在导丝上的荧光色素发出荧光。与此相对,如果使用激励光源110、112那样的透射照明,则激励光不会照射到导丝的外周面中的相机侧的部分,因此荧光色素不一定发光。因此,优选根据导丝的可视性来控制激励光源110、111或激励光源112、113的光量或照射角。
即使状态改变,在反射照明时涂布到导丝上的荧光物质的发光量也显示出几乎相同的荧光量。因此,利用该特长,通过根据亮度信息进行图像处理(阈值处理等),从而能够识别导丝存在的部位。在识别出该部位之后,通过将颜色改变为与周围的荧光相同的光量,能够使该部位不映入到图像中。另外,也可以轻微显示该部位或强调显示该部位。相反,在使用了透射照明的情况下,通过识别导丝中的不发光的部分,在导丝上附加周边的颜色进行显示,从而能够使该部分不映入或进行强调。
由于这些可以作为计算机进行的图像处理来实现,所以作为用于插入导丝的训练等可以进行各种显示。另外,由于不需要使荧光造影剂的光量和导丝的荧光量相同,因此能够易于设定训练的条件,另外,也能够简便地显示。
另外,在上述的说明中示出导丝的例子,但是不限于导丝,在导管或支架的情况下也同样。
参照图3,对导管131的结构进行说明。图3是表示根据一个方面的导管的剖面结构的图。在导管131的外表面涂布有荧光涂料310。在荧光涂料310的表面施加亲水性涂层。根据这样的结构,导管131发出荧光,因此,通过用滤光器截止从光源110发出并透过水槽120的光中的白色光,而能够拍摄荧光部分。而且,通过摄像获得的图像的黑白可以由计算机的处理器反转。由此,从训练的观点出发期望对于受训者不被视觉辨认的对象(例如导丝的像等)难以辨认,因此能够提高训练的效果。
在另一方面中,如果由相机150对导丝插入导管131的内部的状态进行摄影,则导丝的部分被摄影为黑色。
[操作过程]
参照图4,对根据一个方面的系统10的动作过程进行说明。
在步骤S410中,系统10的用户将生物体的器官模型(例如血管模型130)设置在水槽120中,并将溶液装入水槽120中。
在步骤S415中,用户打开光源110并开始光的照射。从光源110发出的照射光通过水槽120,并通过滤光器140入射至相机150。照射光的一部分照射到涂布有荧光涂料310的血管模型130,照射光的剩余部分透过溶液入射至滤光器140。当来自光源110的光照射到血管模型130上时,血管模型130发出荧光。荧光入射至滤光器140。滤光器140截止来自光源110的照射光的波长,使荧光直接透过。来自滤光器140的光入射至相机150。
在步骤S420中,相机150对器官模型(血管模型130)的图像进行摄影。在一个方面中,相机150对来自激励光源111的光透过水槽120的照射状态进行摄影。在另一个方面中,相机150能够对从激励光源112、113照射的光由血管模型130或水槽120反射的状态进行摄影。通过这些摄影获得的图像信号被分别输入至计算机100。计算机100对各图像信号进行二值化处理、噪声去除处理等,进而进行黑白反转处理等图像处理。
在步骤S425中,计算机100将通过上述图像处理获得的图像显示在监视器8上。
在步骤S430中,计算机100将图像的数据保存到存储装置中。
在步骤S435中,受训者将涂布有荧光剂的导丝插入到器官模型(例如血管模型130)中。
在步骤S440中,计算机100对导丝插入到器官模型(血管模型130)中的状态进行摄影,并将数据保存到存储装置中。计算机100能够根据使用该数据进行上述图像处理而获得的数据,在监视器上显示图像。图像可以是黑白和彩色中的任一种。
在步骤S443中,计算机100执行导丝的图像识别处理、识别出的导丝的部位的非显示处理、其他部位的强调显示处理。例如,计算机100使相当于导丝的部分(例如,荧光亮度值为一定值以下的区域)不显示。
在步骤S445中,指导者或受训者判断是否变更光的照射方向。例如,在将另一导管插入血管模型130中的另一血管模型的情况下,需要根据该部位向该另一血管模型照射来自光源110的光。在这种情况下,为了进行适当的训练,优选在光源110和相机150之间适当地配置其他的血管模型,使得不通过血管模型的照射光被滤波器140适当地截止。当判断为指导者或受训者变更光的照射方向时(在步骤S445中“是”的情况),返回步骤S420,再次执行拍摄以后的操作或动作。在不是这样的情况下(在步骤S445中“否”的情况),在步骤S450中进行下一次训练。
在步骤S450中,受训者将涂布有荧光剂的导管131沿着导丝插入到器官模型中。来自光源110的照射光对插入有导丝的导管131和溶液进行照射。透过溶液的光被滤光器140截止,从导管131发出的荧光透过滤光器140入射至相机150。
在步骤S455中,相机150拍摄插入到器官模型中的导管131,拍摄数据被输入到计算机100。计算机100将拍摄数据保存在存储装置中。
在步骤S458中,计算机100执行导管131的图像识别处理、所识别的导丝的部位的非显示处理、其他部位的强调显示处理。涂布在导管131的表面上的荧光造影剂的浓度比涂布在血管模型130的表面上的荧光造影剂的浓度浅。因此,在血管模型130的表面的荧光造影剂溶解于溶液之前,来自光源110的照射光看起来像照射血管模型130,受训者难以看到导管131。
在步骤S460中,指导者或受训者判断是否变更光的照射方向。如果指导者或受训者判断为变更光的照射方向(在步骤S460中“是”的情况),则受训者再次执行步骤S450的动作。在另一方面中,受训者也可以返回步骤S420,从其他导管131的插入开始继续训练。否则(在步骤S460中的“否”的情况),训练结束。
参照图5说明计算机100的结构。图5是表示根据一个方面的计算机100的硬件结构的框图。
作为主要构成要素,计算机100具有:CPU(Central Processing Unit,中央处理器)1,执行具有多个命令的程序;鼠标2和键盘3,接受来自计算机100的用户的指示的输入;RAM 4,将通过CPU1执行程序而生成的数据、或者经由鼠标2或键盘3输入的数据进行易失性存储;硬盘5,其将数据进行非易失性存储;光盘驱动装置6;监视器8;以及通信接口7。各构成要素通过总线相互连接。在光盘驱动装置6中安装有CD-ROM9及其他光盘。通信接口7包括USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)接口、有线LAN(Local Area Network,局域网)、无线LAN、Bluetooth(注册商标)接口等,但是不限于此。
计算机100中的处理通过各硬件和由CPU 1执行的软件实现。这样的软件有时预先存储在硬盘5中。另外,软件有时也被存储在CD-ROM 9等计算机可读的非易失性的数据记录介质中,作为程序产品而流通。或者,该软件有时也作为能够通过与因特网或其他网络连接的信息供应商下载的程序产品而提供。这样的软件通过光盘驱动装置6及其他数据读取装置从数据记录介质读取,或者经由通信接口7下载后,暂时存储在硬盘5中。该软件由CPU 1从硬盘5读出,以可执行的程序的形式存储在RAM 4中。CPU 1执行该程序。
构成图5所示的计算机100的各构成要素是一般的要素。因此,本实施方式的最本质的部分也可以说是存储在计算机100中的程序。由于计算机100的各硬件的动作是公知的,因此不重复详细的说明。
另外,作为数据记录介质,不限于CD-ROM、FD(Flexible Disk,软磁盘)、硬盘,也可以是磁带、盒式录音带、光盘(MO(Magnetic Optical Disc,磁光盘)/MD(Mini Disc,微型光盘)/DVD(Digital Versatile Disc,数字多功能光盘))、IC(Integrated Circuit,集成电路)卡(包括存储卡)、光卡、掩模型ROM、EPROM(Electronically Programmable Read-OnlyMemory,电可编程只读存储器)、EEPROM(Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory,电可擦可编程只读存储器)、闪速ROM等半导体存储器等固定地携带程序的非易失性的数据记录介质。
这里所说的程序,不仅是可由CPU1直接执行的程序,还可以包含源程序形式的程序、压缩处理后的程序、加密后的程序等。
本实施方式的系统10在一个方面中具备C型臂。在C型臂的上部设置有滤光器140和相机150。在C型臂的下部设置有光源110。在光源110和滤光器140之间可以配置水槽120。通过驱动C型臂,能够变更照射光相对于水槽120的入射位置和入射角。此外,可以通过对照射光的入射位置和角度进行各种改变而推测血管模型的分支部分。这样,在固定水槽120的状态下,能够提供针对处于各种位置处的血管模型的导管的导入的训练。
图6是表示在应用根据本公开的技术构思的情况下的图像的图。图6的(A)是对向涂布有荧光剂的器官模型的一例照射白色光的状态进行摄影的图像。图6的(B)是在对涂布有荧光剂的器官模型的一例照射激励光源的波长(例如488nm)的状态下进行摄影的图像。上述FITC作为荧光剂使用。荧光滤光器例如仅透过具有510nm波长的光。注入器官模型的内部的造影剂中也含有荧光剂。在器官模型中插入导丝,进而在器官模型中插入涂布有荧光剂的导管的情况下,由于导丝的吸收系数与造影剂的吸收系数不同,因此导丝明确地映出而导管易于视觉辨认,这可能减弱训练的效果。因此,为了使导管难以视觉辨认,对照射荧光后拍摄获得的图像的数据进行黑白反转处理。
图6的(C)是表示使用图6的(B)所示的图像的数据进行黑白反转处理后的状态的图。当实时拍摄图6的(B)所示的图像并输入至计算机100时,CPU 1实时地进行黑白反转处理,进而,使相当于导丝的部分的荧光亮度值(一定值以下的亮度值)不显示(进行掩盖处理)。其结果,导丝不能被视觉辨认,导管的位置也不能被识别,因此,训练效果能够提高。
参照图7和图8,对按照一个实施方式获得的图像进行说明。图7是表示用激励光源照射导丝插入到器官模型中的状态并由相机150摄影的荧光图像的图。图8是表示在计算机100中进行了黑白反转的图像的图。
如图7所示,当用激励光源照射插入有导丝的器官模型时,在注入造影剂之前,导丝被视觉辨认。然后,当注入含有荧光色素的造影剂时,如图8所示,由于该荧光色素而不能视觉辨认导丝,从而能够实现用于插入导丝的训练。
如上所述,根据本实施方式,由于不使用X射线造影就能够进行导管的训练,因此能够防止受训者暴露于辐射。
应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示而非限制性的。本发明的范围不是由上述说明而由权利要求书限定,也旨在包括与权利要求书的范围等同的意思和范围内的所有变更。
附图标记的说明
10 系统
100 计算机
110、111、112、113 光源
120 水槽
130 血管模型
131 导管
140 滤光器
150 相机
160 驱动装置
310 荧光剂
320 亲水性涂层

Claims (8)

1.训练装置,包括:
光源,用于照射插入有导管的器官模型,其中,所述导管涂布有荧光剂;
滤光器,截止来自所述光源的照射光,并且透过来自所述导管的荧光;
相机,用于拍摄所述滤光器的透射光;
监视器,用于显示基于所述透射光的图像;以及
计算机,用于使用从所述相机输出的数据进行图像处理,
所述计算机构成为
基于来自所述导管的荧光量,执行用于识别所述导管的图像处理,
基于所述图像处理后的数据,显示或不显示所述导管。
2.根据权利要求1所述的训练装置,其中,
所述光源相对于所述器官模型配置在配置有所述相机的一侧。
3.根据权利要求1所述的训练装置,其中,
所述光源相对于所述器官模型配置在配置有所述相机的一侧的相反侧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的训练装置,其还包括调节装置,所述调节装置用于变更光从所述光源向所述导管的照射方向。
5.导管,其中,
在所述导管的表面涂布有荧光剂,
在所述荧光剂的涂布膜的表面施加有亲水性涂层。
6.图像处理方法,包括以下步骤:
使用光源照射插入有导管的器官模型,所述导管涂布有荧光剂;
截止来自所述光源的照射光,并透过来自所述导管的荧光;
基于来自所述导管的荧光量执行用于识别所述导管的图像处理,其中,来自所述导管的所述荧光量是通过经由透过荧光的滤光器对来自插入有所述导管的器官模型的透射光进行摄影而获得的;以及
基于所述图像处理后的数据,显示或不显示所述导管。
7.程序,其为用于使计算机实现图像处理方法的程序,其中,所述程序使所述计算机执行以下步骤:
使用光源照射插入有导管的器官模型,所述导管涂布有荧光剂;
截止来自所述光源的照射光,并透过来自所述导管的荧光;
基于来自所述导管的荧光量执行用于识别所述导管的图像处理,其中,来自所述导管的所述荧光量是通过经由透过荧光的滤光器对来自插入有所述导管的器官模型的透射光进行摄影而获得的;以及
基于所述图像处理后的数据,显示或不显示所述导管。
8.计算机可读信息记录介质,其存储有权利要求7所述的程序。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1628602A (zh) * 2003-12-15 2005-06-22 西门子公司 包含导管、尤其是血管内导管的导管装置
JP2006081619A (ja) * 2004-09-14 2006-03-30 Yasuyoshi Uchida 蛍光像取得用血管内視鏡装置
JP2012071007A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Fujifilm Corp 内視鏡装置
CN202376554U (zh) * 2011-10-26 2012-08-15 中国人民解放军总医院 一种荧光静脉留置针
JP2014155510A (ja) * 2013-01-18 2014-08-28 Terumo Corp 胆管カテーテル
CN106028914A (zh) * 2013-11-14 2016-10-12 乔治华盛顿大学 用于使用荧光成像来确定损伤灶深度的系统和方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3566874A (en) * 1968-08-13 1971-03-02 Nat Patent Dev Corp Catheter
US4058910A (en) * 1976-11-18 1977-11-22 University Of Iowa Research Foundation Apparatus for teaching the structures and projection of arterial systems
US7371067B2 (en) 2001-03-06 2008-05-13 The Johns Hopkins University School Of Medicine Simulation method for designing customized medical devices
US20060062732A1 (en) 2004-09-10 2006-03-23 Yasumi Uchida Medicine for detecting lipid components in vivo and vascular endoscope
FR2920086A1 (fr) * 2007-08-24 2009-02-27 Univ Grenoble 1 Systeme et procede d'analyse pour une operation chirurgicale par endoscopie
DE102009060522A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Karl Storz GmbH & Co. KG, 78532 Simulationssystem für das Training endoskopischer Operationen
JP5501182B2 (ja) 2010-09-29 2014-05-21 テルモ株式会社 トレーニングシステム、画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラム
JP6317885B2 (ja) 2013-03-01 2018-04-25 テルモ株式会社 トレーニング装置
WO2015042534A2 (en) 2013-09-20 2015-03-26 Children's National Medical Center System and methods for optically guided placement and monitoring of medical implants
WO2015073871A2 (en) 2013-11-14 2015-05-21 The George Washington University Systems and methods for determining lesion depth using fluorescence imaging
US10235904B2 (en) * 2014-12-01 2019-03-19 Truinject Corp. Injection training tool emitting omnidirectional light
WO2018123300A1 (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 公立大学法人横浜市立大学 蛍光性樹脂組成物、成形体及び医療用機器並びに蛍光性樹脂組成物の製造方法
US10679519B2 (en) * 2017-10-03 2020-06-09 Synaptive Medical (Barbados) Inc. Flourescence training simulator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1628602A (zh) * 2003-12-15 2005-06-22 西门子公司 包含导管、尤其是血管内导管的导管装置
JP2006081619A (ja) * 2004-09-14 2006-03-30 Yasuyoshi Uchida 蛍光像取得用血管内視鏡装置
JP2012071007A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Fujifilm Corp 内視鏡装置
CN202376554U (zh) * 2011-10-26 2012-08-15 中国人民解放军总医院 一种荧光静脉留置针
JP2014155510A (ja) * 2013-01-18 2014-08-28 Terumo Corp 胆管カテーテル
CN106028914A (zh) * 2013-11-14 2016-10-12 乔治华盛顿大学 用于使用荧光成像来确定损伤灶深度的系统和方法

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