CN115662235A - 一种个体化心血管介入手术数字孪生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，包括心血管模拟装置、设置在心血管模拟装置上的入路引导装置、设置在心血管模拟装置上的体内环境模拟系统以及并发症预警系统；其中，心血管模拟装置包括心血管模型、布置在心血管模型上的若干压力传感器以及若干流量传感器；体内环境模拟系统包括用于实时获取人体生理信号的生命监测仪、与生命检测仪和心血管模型相连的控制装置；并发症预警系统包括接收若干压力传感器以及若干流量传感器的信号接收器、与信号接收器相连的信号处理器以及与信号处理器相连的显示器。本发明通过获取介入局部部位的力学和血流动力学信息，对心血管介入手术并发症进行预警。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种个体化心血管介入手术数字孪生系统。
背景技术
随着我国人口老龄化的加剧，心血管疾病发生率呈现快速增长的态势。心血管介入手术作为一种新型诊断与治疗心血管疾病的技术，以其创伤小、低风险的优势，逐渐成为临床上治疗心血管疾病的首选治疗方案。尽管目前在很多医院内介入手术已经是一种相当安全的操作，但其仍然是一种创伤性和危险性的检查与治疗，加上患者独特的病理结构，操作不慎或者失误都有可能出现冠脉穿孔、心脏破裂、瓣膜损伤等等手术并发症，严重时会危及患者生命，因此进行术前风险评估以及术中风险预警十分重要。然而，现有的介入器械体外模拟训练系统不能实时、精确预警介入手术过程中的并发症，从而无法有效降低手术风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，利用基于Windkessel模型或人工智能模型的控制装置对个体化的心血管模型的外周阻力以及顺应性进行负反馈调节，使其与所述生命检测仪得到的监测信息动态吻合，实现体内环境精确模拟；并通过获取介入局部部位的力学和血流动力学信息，对心血管介入手术并发症进行预警。
本发明采用以下技术方案予以实现的：
一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，包括心血管模拟装置、设置在心血管模拟装置上的入路引导装置、设置在心血管模拟装置上的体内环境模拟系统以及并发症预警系统；其中，心血管模拟装置包括心血管模型、布置在心血管模型上的若干压力传感器以及若干流量传感器；体内环境模拟系统包括用于实时获取人体生理信号的生命监测仪、与生命检测仪和心血管模型相连的控制装置；并发症预警系统包括接收若干压力传感器以及若干流量传感器的信号接收器、与信号接收器相连的信号处理器以及与信号处理器相连的显示器。
本发明进一步的改进在于，心血管模型是通过对患者多模态影像资料个体化三维建模后铸模或3D打印制成的，其材料为硅胶或水凝胶。
本发明进一步的改进在于，若干流量传感器为接触式或非接触式流量传感器，设置在心血管模型的局部部位；压力传感器设置在心血管模型夹层中，达到防水以及精确测量的效果。
本发明进一步的改进在于，心血管模型内均匀分散布置加热元件，用于模拟体内环境并保证心血管模型内各处温度保持一致。
本发明进一步的改进在于，入路引导装置设置在心血管介入手术入路处。
本发明进一步的改进在于，心血管介入手术入路处包括股动脉入口处和颈动脉入口处。
本发明进一步的改进在于，体内环境模拟系统通过基于Windkessel模型或人工智能模型的控制装置对心血管模型的外周阻力以及顺应性进行负反馈调节，使其与生命检测仪得到的监测信息动态吻合。
本发明进一步的改进在于，信号接收器通过接收若干压力传感器以及流量传感器的信号获得心血管模型介入局部部位的力学和血流动力学信息，经过信号处理器进行介入手术并发症信号的预测。
本发明进一步的改进在于，信号处理器通过机器学习模型进行快速、准确的介入手术并发症预测，并将并发症预测结果在显示器上显示。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明实时、精准模拟心血管介入手术场景，及时预警术中并发症发生风险，有效保证心血管介入手术安全进行。
进一步，本发明所使用的硅胶或水凝胶材质制成的心血管模型能够根据患者的多模态影像资料进行个体化三维建模，通过铸模或3D打印技术得到，可实现个体化模拟。
进一步，本发明在心血管模型的夹层内布置若干压力传感器，达到防水以及精确测量的效果。
进一步，本发明利用基于Windkessel模型或人工智能模型的控制装置对心血管模型的外周阻力以及顺应性进行负反馈调节，使其与生命检测仪得到的监测信息动态吻合，可实时、同步模拟人体生理特征的变化。
进一步，本发明具有并发症预警系统，能通过接收所布置的若干压力传感器以及若干流量传感器的信号获得心血管模型介入局部部位的力学和血流动力学信息，利用基于机器学习模型的信号处理器进行介入手术并发症信号的快速预警，并将预警信号实时反映到显示器上。
附图说明
图1是本次发明的整体结构示意图。
图2是体内模拟系统的示意图。
图3是并发症预警系统中信号处理器的示意图。
附图标记说明：
1-心血管模拟装置，2-入路引导装置，3-控制装置，4-生命监测仪，5-信号接收器，6-信号处理器，7-显示器，8-心血管模型，9-若干流量传感器，10-若干压力传感器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参照图1，本发明提供的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，包括心血管模拟装置1，设置在心血管模拟装置上的入路引导装置2，设置在心血管模拟装置1上的体内环境模拟系统以及并发症预警系统；其中，心血管模拟装置1包括心血管模型8、布置在心血管模型上的若干压力传感器9以及若干流量传感器10；体内环境模拟系统包括用于实时获取人体生理信号的生命监测仪4、与生命检测仪和心血管模型相连的控制装置3；并发症预警系统包括接收若干压力传感器9以及若干流量传感器10的信号接收器5、与信号接收器相连的信号处理器6以及与信号处理器6相连的显示器7。
所述心血管模型是通过获取患者多模态影像资料，经过个体化三维建模后铸模或3D打印制成的，其材料为硅胶或水凝胶。
所述若干流量传感器为接触式或非接触式流量传感器，设置在所述心血管模型的局部部位；所述压力传感器设置在所述心血管模型夹层中，可选择柔性压力传感器以更好地贴合血管壁，达到防水以及精确测量的效果。
所述心血管模型内均匀分散布置加热元件，用于模拟体内环境，并保证心血管模型内各处温度保持一致。
所述入路引导装置设置在常见的心血管介入手术入路处，包括但不限于股动脉入口处，颈动脉入口处等。在进行手术模拟时，所述入路引导装置引导常见的介入手术器械进入心血管模型。
此外，该介入手术数字孪生系统与光学位移传感器配合使用以监测造影剂注射剂量。使用该心血管介入手术系统进行虚拟手术时，操作者推动造影剂注射器活塞，光学位移传感器检测造影剂注射剂量信号并传输给计算机，计算机绘出造影剂仿真画面，手术医师可根据显影结果进行之后手术的相关操作。
参照图2，所述体内环境模拟系统由布置在心血管模型上的若干压力传感器和流量传感器获取到心血管模型的压力与流量信息，通过与生命检测仪获取到的人体实时血压与血流量信息进行比对，通过基于Windkessel模型或人工智能模型的所述控制装置对所述心血管模型的外周阻力以及顺应性进行负反馈调节，所述控制装置可由阀门、电机或者气室组成，来调节血管的阻力以及顺应性，使得与所述生命检测仪得到的监测信息动态吻合，实现体内环境精确模拟。
参见图3，当信号接收器接收若干压力传感器以及若干流量传感器的信号后，将所获得的心血管模型介入局部部位的力学和血流动力学信息传递给信号处理器。术中，信号处理器可通过机器学习模型进行快速、准确的并发症预测，并将并发症预测结果在显示器上显示，以实时提供并发症的预警信息。术后，信号处理器还记录了实施手术的全过程，并给出本次心血管介入手术的风险评估报告，辅助医师改进介入手术操作以降低心血管介入手术并发症的发生概率。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，包括心血管模拟装置、设置在心血管模拟装置上的入路引导装置、设置在心血管模拟装置上的体内环境模拟系统以及并发症预警系统；其中，心血管模拟装置包括心血管模型、布置在心血管模型上的若干压力传感器以及若干流量传感器；体内环境模拟系统包括用于实时获取人体生理信号的生命监测仪、与生命检测仪和心血管模型相连的控制装置；并发症预警系统包括接收若干压力传感器以及若干流量传感器的信号接收器、与信号接收器相连的信号处理器以及与信号处理器相连的显示器。
2.根据权利要求1所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，心血管模型是通过对患者多模态影像资料个体化三维建模后铸模或3D打印制成的，其材料为硅胶或水凝胶。
3.根据权利要求1所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，若干流量传感器为接触式或非接触式流量传感器，设置在心血管模型的局部部位；压力传感器设置在心血管模型夹层中，达到防水以及精确测量的效果。
4.根据权利要求1所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，心血管模型内均匀分散布置加热元件，用于模拟体内环境并保证心血管模型内各处温度保持一致。
5.根据权利要求1所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，入路引导装置设置在心血管介入手术入路处。
6.根据权利要求5所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，心血管介入手术入路处包括股动脉入口处和颈动脉入口处。
7.根据权利要求1所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，体内环境模拟系统通过基于Windkessel模型或人工智能模型的控制装置对心血管模型的外周阻力以及顺应性进行负反馈调节，使其与生命检测仪得到的监测信息动态吻合。
8.根据权利要求1所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，信号接收器通过接收若干压力传感器以及流量传感器的信号获得心血管模型介入局部部位的力学和血流动力学信息，经过信号处理器进行介入手术并发症信号的预测。
9.根据权利要求1所述的一种个体化心血管介入手术数字孪生系统，其特征在于，信号处理器通过机器学习模型进行快速、准确的介入手术并发症预测，并将并发症预测结果在显示器上显示。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117481805A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-02 | 贵州医科大学 | 一种血管介入术前规划方法及系统 |
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2022
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