CN116778782A - 一种介入手术体外模拟训练系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种介入手术体外模拟训练系统及其控制方法，介入手术体外模拟训练系统包括介入手术执行装置和模拟训练装置。模拟训练装置包括处理器，处理器配置为：响应于输入的目标生理管状腔信息，生成包含目标生理管状腔的模拟DSA图像；接收用户控制第一操作组件的第一操控信息；基于第一操控信息确定医疗介入器件的位置信息；基于位置信息将医疗介入器件呈现于模拟DSA图像上的目标位置；响应于医疗介入器件的位置信息的变化，更新模拟DSA图像。上述介入手术体外模拟训练系统实现在进行实际手术操作前，医生可以使用介入手术体外模拟训练系统提前进行手术操作训练，从而提高医生实际手术的效果，达到提前做好充分训练的目的。

Description

一种介入手术体外模拟训练系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及介入手术体外模拟训练技术领域，尤其涉及一种介入手术体外模拟训练系统及其控制方法。

背景技术

心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段。和传统外科手术相比，有着切口小、术后恢复时间短等明显优势。心脑血管介入手术是由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内来完成治疗的过程。

介入手术存在以下两点问题：第一，在手术过程中，由于DSA会发出X射线，医生体力下降较快，注意力及稳定性也会下降，将导致操作精度下降，易发生因推送力不当引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险。其次，长期电离辐射的积累伤害会大幅地增加医生患白血病、癌症以及急性白内障的几率。医生因为做介入手术而不断积累射线的现象，已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。因此，目前一般会通过借助机器人技术来应对这一问题，通过机器人技术可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能够有效降低放射线对介入医生的伤害，降低术中事故的发生几率。

但是，介入机器人无论是通过人工操作还是机器人自动控制手术，在临床使用前都需要经过熟练的训练，要求具备一定的操作经验和技巧，否则容易出现操作失误，导致手术失败。国内对于介入手术机器人模拟训练中存在如下几个方面的问题：尚无对于介入手术机器人进行模拟训练的装置；医生在使用介入机器人进行临床手术时，往往存在训练不足的情况，导致手术效率下降的问题；医生对介入手术机器人的训练基本只能通过动物实验等方式进行，执行过程复杂，训练成本高；没有和介入机器人配合的模拟装置，无法实现介入机器人和DSA的实时配合联动；缺少多种多样的病人血管图像，医生无法训练全面，没有办法更好的学习操作介入机器人；无法实际直接操作机器人实现在更真实的血管图像上进行手术操作的练习，对机器人的实际操作及其流程无法更熟悉。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供了一种介入手术体外模拟训练系统及其控制方法，其能够解决医生因训练补足导致的手术效率下降的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种介入手术体外模拟训练系统。介入手术体外模拟训练系统包括介入手术执行装置和模拟训练装置。介入手术执行装置包括通信连接的主端装置和从端装置，所述从端装置包括用于执行介入手术的医疗介入器件，所述主端装置包括用于控制所述医疗介入器件运动的第一操作组件。模拟训练装置包括与所述介入手术执行装置通信连接的处理器。所述处理器配置为：执行步骤S101至步骤S105。步骤S101：响应于用户输入的目标生理管状腔信息，生成与所述目标生理管状腔信息对应的包含所述目标生理管状腔的模拟DSA图像。步骤S102：接收用户控制所述第一操作组件的第一操控信息。步骤S103：基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件的位置信息。步骤S104：基于所述医疗介入器件的位置信息将所述医疗介入器件呈现于所述模拟DSA图像上的目标位置。步骤S105：响应于所述医疗介入器件的位置信息的变化，更新呈现有所述医疗介入器件的模拟DSA图像。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于介入手术体外模拟训练系统的控制方法，所述介入手术体外模拟训练系统包括介入手术执行装置和模拟训练装置，所述介入手术执行装置包括通信连接的主端装置和从端装置，所述从端装置包括用于执行介入手术的医疗介入器件，所述主端装置包括用于控制所述医疗介入器件运动的第一操作组件，模拟训练装置包括与所述介入手术执行装置通信连接的处理器，所述控制方法包括：

经由所述处理器响应于用户输入的目标生理管状腔信息，生成与所述目标生理管状腔信息对应的包含所述目标生理管状腔的模拟DSA图像；

经由所述处理器接收用户控制所述第一操作组件的第一操控信息；

经由所述处理器基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件的位置信息；

经由所述处理器基于所述医疗介入器件的位置信息将所述医疗介入器件呈现于所述模拟DSA图像上的目标位置；

响应于所述医疗介入器件的位置信息的变化，经由所述处理器更新呈现有所述医疗介入器件的模拟DSA图像。

与现有技术相比，本申请实施例的有益效果在于：本申请介入手术体外模拟训练系统能够在进行实际手术操作前，医生可以使用介入手术体外模拟训练系统提前进行手术操作训练，从而提高医生实际手术的效果，达到提前做好充分训练的目的，且介入手术体外模拟训练系统的模拟训练装置能够控制介入手术执行装置进行实际操作，实现模拟训练装置和介入手术执行装置的配合联动，提高训练的真实性，从而提高医生对介入手术执行装置的操作技巧。并且，模拟训练装置的处理器生成的模拟DSA图像是根据医生的需求生成的，其能够使医生进行针对性的训练，从而满足多种训练需求。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的结构示意图。

图2为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的结构简图。

图3为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的处理器所执行的方法的第一流程图。

图4为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的处理器所执行的方法的第二流程图。

图5为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的第二操作组件的结构示意图。

图6为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的第二操作组件的爆炸示意图。

图7为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的处理器所执行的方法的第三流程图。

图8为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的处理器所执行的方法的第四流程图。

图9为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的处理器所执行的方法的第五流程图。

图10为本发明实施例介入手术体外模拟训练系统的处理器所执行的方法的第六流程图。

图11为本发明实施例用于介入手术体外模拟训练系统的控制方法的流程图。

图中的附图标记所表示的构件：

101-触摸屏；102-显示器；103-第一操作组件；104-第二操作组件；105-处理器；106-医疗介入器件；107-压力泵模拟装置；108-输入设备；109-造影剂模拟装置；201-外壳；202-电路板；203-底板；204-把手；205-摇杆；206-支架；207-齿轮；208-编码器；209-推杆；210-直线导轨；211-齿条。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。

本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本申请中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本申请使用的所有术语（包括技术术语或者科学术语）与本申请所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

本发明实施例提供了一种介入手术体外模拟训练系统。如图1和图2所示，介入手术体外模拟训练系统包括介入手术执行装置和模拟训练装置。介入手术执行装置包括通信连接的主端装置和从端装置，所述从端装置包括用于执行介入手术的医疗介入器件106，所述主端装置包括用于控制所述医疗介入器件106运动的第一操作组件103。

可选地，上述介入手术执行装置可理解为介入手术机器人，利用该介入手术机器人进行介入手术可以有效降低放射线对医生的伤害，降低术中事故的发生几率。介入手术执行装置的从端装置可设置在手术室内用于对患者进行心脑血管介入手术，主端装置可设置在操作室内，操作室和手术室可为两个相独立的空间，如此可使医生在该操作室内实现对从端装置的控制，避免了医生在做介入手术时所会收到的射线辐射累积的问题，达到了保护医生的目的。

可选地，上述医疗介入器件106可包括导管床、DSA设备以及设置在医疗介入器件106的执行端上的手术耗材，手术耗材可理解为导管、导丝等耗材，该手术耗材在实际介入手术过程中可部分介入患者体内，在进行介入手术体外模拟训练的过程中，手术耗材可仅执行动作而不介入患者体内，用于尽可能地模拟真实的介入手术场景，提高介入手术体外模拟的真实性。

可选地，上述主端装置的第一操作组件103可医生用于操控从端装置的设备，第一操作组件103可具体包括多个用于操控从端装置的摇杆205，通过摇杆205来控制对导丝、导管等手术耗材进行推进、回撤、旋转等动作。

可选地，如图1所示，主端装置还可包括触摸屏101，用于可通过触发该触摸屏101生成用于控制从端装置的操控指令。

进一步地，模拟训练装置包括与所述介入手术执行装置通信连接的处理器105。如图3所示，所述处理器105配置为：执行步骤S101至步骤S105。

步骤S101：响应于用户输入的目标生理管状腔信息，生成与所述目标生理管状腔信息对应的包含所述目标生理管状腔的模拟DSA图像。

可选地，上述模拟DSA图像可采用深度学习的训练模型生成，该训练模型可以根据输入的文字信息生成模拟DSA图像。上述文字信息可由用户输入的语音信息转化生成，也可由用户通过输入设备108输入，本申请对此不做具体限定。上述输入设备108可为键盘、鼠标等能够实现人机交互的设备，用户可通过该输入设备108进行信息的输入。上述用户可理解为要进行模拟训练的医生。

可选地，上述目标生理管状腔信息可为用户根据患者的患病情况确定的信息，即该目标生理管状腔信息是与实际患者的病症相关的，如此，能够针对性地根据用户实际情况进行训练，以在实际进行介入手术时能够更好地完成手术。其中，生理管状腔可理解为血管。

可选地，上述模拟DSA图像可为多维图像，也可为平面图像，即2D图像，其中，模拟DSA图像为多维图像时，模拟DSA图像可具体为三维图像。

步骤S102：接收用户控制所述第一操作组件103的第一操控信息。

可选地，用户可手动控制第一操作组件103生成上述第一操控信息，如手动操控摇杆205，也可经由其他设备控制第一操作组件103运动，从而生成上述第一操控信息。本申请对用户控制第一操作组件103的方式不做具体限定，能够生成上述第一操控信息即可。

可选地，上述第一操控信息可理解为控制第一操作组件103运动的信息，例如，控制第一操作组件103做摆动运动、转动运动等。

步骤S103：基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件106的位置信息。

可选地，上述位置信息可理解为结合医疗介入器件106的运动信息而确定的医疗介入器件106的位置，该位置信息能够表明医疗介入器件106运动后相对医疗介入器件106运动前的位置变化。

可选地，上述医疗介入器件106的运动信息可包括导丝导管等手术耗材的位置、角度、长度等信息，通过该运动信息可经过计算确定出医疗接入器件的位置信息。

步骤S104：基于所述医疗介入器件106的位置信息将所述医疗介入器件106呈现于所述模拟DSA图像上的目标位置。

可选地，在确定上述医疗介入器件106的位置信息后，可对该位置信息进行数据处理，以计算出上述导丝导管等手术耗材在模拟DSA图像上的目标位置，该目标位置可包括多个能够表征医疗介入器件106位置的信息，如角度、长度等。

可选地，上述目标位置可理解为医疗介入器件106相对于模拟DSA图像上的生理管状腔的位置。确定上述医疗介入器件106呈现于所述模拟DSA图像上的目标位置的方法可特征提取、目标跟踪、图像配准等技术实现，本申请对此不做具体限定。

在一些可选实施例中，在上述步骤S101生成的模拟DSA图像为二维图像的情况下，可在生成二维的模拟DSA图像之前先生成三维的多维模拟图像，而后确定导丝导管等手术耗材在三维的多维模拟图像上的位置后，再经过计算生成上述呈现有手术耗材的二维的模拟DSA图像，下述步骤S601至步骤S605会详细说明，在此不赘述。具体可通过叠加、混合、融合等方式使医疗介入器件106实时显示在二维的模拟DSA图像上。在一些其他实施例中，可在确定上述医疗介入器件106的位置信息后，经过计算直接计算出医疗介入器件106在二维的模拟DSA图像上的目标位置，从而直接在二维的模拟DSA图像上呈现医疗介入器件106的位置。

步骤S105：响应于所述医疗介入器件106的位置信息的变化，更新呈现有所述医疗介入器件106的模拟DSA图像。

可选地，上述医疗介入器件106的位置信息的变化的信息将会实时地传送至处理器105，使得处理器105能够及时响应于医疗介入器件106的位置信息的变化，而后及时更新呈现有所述医疗介入器件106的模拟DSA图像，实现了模拟DSA图像的更新的实时性。

可选地，在第一操作组件103对导丝导管等手术耗材进行推送后，手术耗材的位置会在生理管状腔内发生变化，根据第一操作组件103对手术耗材的推送距离，结合生理管状腔的模型，处理器105可以计算出手术耗材在模拟的生理管状腔内的位置变化。在第一操作组件103对手术耗材进行旋转后，手术耗材的头端会在生理管状腔内发生变化，根据第一操作组件103对手术耗材的旋转角度，结合生理管状腔的模型，处理器105可以计算出手术耗材的头端在模拟的生理管状腔内的角度变化，把变化后的手术耗材实时更新到模拟DSA图像中，从而呈现实时更新的模拟DSA图像。该模拟DSA图像可以经由处理器105输出到显示器102上。这样，医生在操作第一操作组件103后，就可以从模拟DSA图像上看到实时的变化，从而实现模拟手术的过程。

可选地，如图2所示，所述模拟训练装置还包括与所述处理器105通信连接的显示器102，显示器102可用于实时显示模拟DSA图像，使得医生可以在显示器102上看到导丝导管等手术耗材在生理管状腔中进行实时动作。

可选地，为了方便医生进行实际手术的模拟训练，显示器102上可呈现有人机交互界面，医生可以通过人机交互界面选择包含有不同难度的生理管状腔的模拟DSA图像。

可选地，上述模拟训练装置还可包括与处理器105通信连接的存储器，存储器可以存储有医生的训练操作过程，方便医生回看以便更好找到操作中的问题，从而提高医生对介入手术执行装置的操作技巧。

上述介入手术体外模拟训练系统目的在于解决现阶段没有介入手术机器人进行模拟训练装置、医生对介入手术机器人操作不熟练、使用介入机器人的操作效率低、医生在动物实验中使用介入机器人模拟操作成本高、程序复杂、耗时长、无法在更真实的人体生理管状腔中进行对机器人操作练习、缺少多种多样、满足不同医生需求的生理管状腔图像、缺少对导管导丝等耗材和机器人实时联动、缺少虚拟造影剂和对球囊支架压力控制的模拟装置等问题。

本申请介入手术体外模拟训练系统能够在进行实际手术操作前，医生可以使用介入手术体外模拟训练系统提前进行手术操作训练，从而提高医生实际手术的效果，达到提前做好充分训练的目的，且介入手术体外模拟训练系统的模拟训练装置能够控制介入手术执行装置进行实际操作，实现模拟训练装置和介入手术执行装置的配合联动，提高训练的真实性，即方便的模拟医生做介入手术的真实过程，从而提高医生对介入手术执行装置的操作技巧，且能够给予医生在训练中更加真实的手术操作环境，使得临床体验感更好，这样医生在真正手术的过程中，不会紧张，减少了医生发挥失常的概率。并且，模拟训练装置的处理器105生成的模拟DSA图像是根据医生的需求生成的，其能够使医生进行针对性的训练，从而满足多种训练需求。

进一步地，医生可以通过显示器102观看到导管导丝等手术耗材在人体的生理管状腔中的动作，让医生对介入手术执行装置的操作更加熟练。并且，本申请可以根据医生指定的要求，定向地生成模拟人体的生理管状腔的图像，即模拟DSA图像。当然，医生还可以改变生理管状腔的难度，使得医生能够根据需求得到更充分的训练，并且医生的训练过程能够更加具有针对性，从而提高训练效率以及训练效果。

另外，本申请介入手术体外模拟训练系统的整体结构简单，安装方便，采用介入手术执行装置和模拟训练装置组合的方式，具备占地体积小、操作灵活、便于放置与转移的优点。且无须在动物等活体生物上进行实验，即可达到介入手术体外模拟训练的目的，节省了复杂的动物实验步骤，节约了成本。

在一些实施例中，如图4所示，所述处理器105还配置为：执行步骤S201至步骤S203。

步骤S201：确定所述医疗介入器件106的执行端在所述模拟DSA图像中的实时位置信息。

步骤S202：基于所述实时位置信息确定所述医疗介入器件106的执行端与所述模拟DSA图像中的生理管状腔的实时距离信息。

步骤S203：在所述实时距离信息的距离值满足预设阈值的情况下，生成对应所述医疗介入器件106的反馈信息。

如此，能够在医疗介入器件106的执行端在模拟DSA图像中的实时位置与生理管状腔的距离过近时，能够及时反馈给用户，使用户能够根据反馈信息及时调整操作，达到提高介入手术体外模拟训练的真实性，从而使医生在后续进行真实手术时能够更为熟练。

可选地，上述医疗介入器件106的执行端可理解为介入至人体内的一端，该执行端为靠近人体的生理管状腔的一端。确定该执行端与生理管状腔的距离可理解为确定医疗介入器件106与生理管状腔的最近的距离，若执行端未碰触到生理管状腔，则表明医疗介入器件106未触碰到生理管状腔，若执行端与生理管状腔间距过近，在表明执行端有很大概率会触碰到生理管状腔，此时，可生成反馈信息至医生，利于医生根据该反馈信息实现更具有真实性的训练。

可选地，上述执行端与其周围的不同的生理管状腔之间可具有多个不同的实时距离信息，在确定与各个生理管状腔之间的实时距离信息后，可分别对各个实时距离信息的距离值与预设阈值进行比较，从而在多个实时距离信息中的至少一个实时距离信息的距离值满足预设阈值时，生成上述反馈信息。

可选地，上述预设阈值可由医生根据手术操作需求设定，也可由介入手术体外模拟训练系统设置一固定值，本申请对此不做具体限定。在实时距离信息的距离值满足预设阈值时，则表明医疗介入器件106的执行端与生理管状腔距离过近，此时生成用于提示医生的反馈信息，以使医生能够根据反馈信息进行更为真实的训练。

在一些实施例中，如图2所示，所述模拟训练装置还包括造影剂模拟装置109和/或压力泵模拟装置107。造影剂模拟装置109和压力泵模拟装置107为处理器105提供了造影剂的信息输入和压力泵的信息输入。

可选地，如图1、图5和图6所示，模拟训练装置还包括能够控制造影剂模拟装置109和压力泵模拟装置107的第二操作组件104，第二操作组件104包括外壳201、电路板202、底板203、把手204、摇杆205、支架206、齿轮207、编码器208、推杆209、直线导轨210以及齿条211。上述电路板202安装在底板203上，用于采集和处理摇杆205和推杆209发送的信息。支架206安装在底板203上，上方安装有摇杆205，把手204安装在摇杆205上方。摇杆205可以沿前后方向移动，用于控制造影剂的注射。摇杆205采用了霍尔式模拟量摇杆205，摇杆205的摆动角度越大，表示造影剂注射的流速越快。

进一步地，直线导轨210和齿条211安装在底板203上，且直线导轨210和齿条211平行设置。推杆209安装在滑块上，编码器208安装在推杆209底端上。编码器208前端安装有齿轮207，齿轮207和齿条211相互啮合。这样，在医生推动推杆209前后移动过程中，编码器208的度数会跟随变化。通过读取编码器208的数值可以得到推杆209的位置信息。将推杆209的位置信息和压力值进行一一对应后，可以使用推杆209来实现对压力泵的加压和减压控制。造影剂模拟装置109和压力泵模拟装置107的信号变化通过电路板202处理后，发送至处理器105以经由处理器105进行处理。

在一些实施例中，如图7所示，所述造影剂模拟装置109与所述处理器105通信连接，所述处理器105还配置为：执行步骤S301至步骤S303。

步骤S301：接收用户控制所述造影剂模拟装置109的第二操控信息。

步骤S302：基于所述第二操控信息确定造影剂在所述模拟DSA图像上的生理管状腔内的流动信息，所述流动信息至少包括所述造影剂的流量以及造影剂注入位置。

步骤S303：根据所述流动信息将所述造影剂呈现于所述模拟DSA图像上。

如此，通过造影剂模拟装置109使得医生能够熟悉真实手术过程中打造影剂的操作步骤，实现医生通过该介入手术体外模拟训练系统可以得到更为全面的训练，提高医生进行真实手术的效率。

并且，上述模拟DSA图像能够根据造影剂在生理管状腔内的流动信息实时更新显示，实现随着用户操控造影剂模拟装置109，模拟DSA图像能够相应地变化显示内容，达到模拟真实手术的治疗过程的效果。

可选地，医生可通过推动摇杆205实现对造影剂模拟装置109的控制，由此发出上述第二操控信息。并且，可以根据医生操控摇杆205的偏移角度，改变造影剂的瞬时注射量，从而达到更为真实的模拟训练效果。

可选地，可以根据步骤S104中的基于确定的目标位置，确定医疗介入器件106的导管口的位置，结果，可以得到导管口的位置信息，可以基于该导管口的位置信息确定造影剂的注入位置。

示例性地，如果导管口在冠脉血管口内部，则造影剂注入后显示冠脉血管的具有造影剂的模拟DSA图像，如果导管口在冠脉血管口外部，则造影剂注入后显示主动脉的的具有造影剂的模拟DSA图像。并且，能够根据第二操控信息确定造影剂的流量大小，由此可根据造影剂流量呈现出不同深浅的模拟DSA图像。

可选地，流动信息还至少包括所述造影剂的压力信息、流速信息等信息，可通过对流动信息所包含的数据进行预处理得到质量较高的模拟DSA图像，上述预处理可包括去噪、滤波、校正等操作，以提高数据的质量和准确性，从而达到根据造影剂在模拟DSA图像上的生理管状腔内的流动信息，来模拟造影剂在生理管状腔中的流动过程。

可选地，上述根据所述流动信息将所述造影剂呈现于所述模拟DSA图像上可以通过计算机图形学中的流体动力学模拟技术来实现。常用的流体动力学模拟算法有欧拉法、拉格朗日法、格子玻尔兹曼法等。

在一些实施例中，如图8所示，所述压力泵模拟装置107与所述处理器105通信连接，所述处理器105还配置为：执行步骤S401至步骤S403。

步骤S401：接收用户控制所述压力泵模拟装置107的第三操控信息。

步骤S402：基于所述第三操控信息确定向所述医疗介入器件106注入的压力参数，所述压力参数至少包括压力值以及压力注入位置。

步骤S403：根据所述压力参数将注入压力后的所述医疗介入器件106呈现于所述模拟DSA图像上。

如此，通过压力泵模拟装置107使得医生能够熟悉真实手术过程中为球囊和/或支架打压力的操作步骤，实现医生通过该介入手术体外模拟训练系统可以得到更为全面的训练，提高医生进行真实手术的效率。

并且，上述模拟DSA图像能够根据压力泵模拟装置107注入的压力实时更新显示，实现随着用户操控压力泵模拟装置107，模拟DSA图像能够相应地变化显示内容，达到模拟真实手术的治疗过程的效果。

可选地，医生可通过推动推杆209在直线方向运动直线对压力的控制。例如，推动推杆209向前时，表示注入的压力增加，推动推杆209向后时，表示注入的压力减小。可以通过安装在推杆209上的编码器208所确定的度数得知注入的压力的大小。

可选地，可以在模拟DSA图像上虚拟球囊和/或支架的标记点，从而定位到压力注射的位置，以根据所注入的压力的不同，在模拟DSA图像上显示包含有标记点的图像。

结合上述，如图9所示，在执行上述步骤S101至步骤S105后可执行步骤S501至步骤S506。

步骤S501：实时检测造影剂模拟装置109和压力泵模拟装置107的状态。

步骤S502：当造影剂模拟装置109和压力泵模拟装置107的状态变化时在模拟DSA图像上相应显示。

步骤S503：记录介入手术体外模拟训练的数据。

步骤S504：判断是否完成介入手术体外模拟训练；若是，则结束训练；若否，则执行下述步骤S505。

步骤S505：判断是否更换模拟DSA图像；若是，则执行下述步骤S506；若否，则执行下述步骤S102。

步骤S506：医生根据需求改变目标生理管状腔信息。

可选地，上述步骤S503能够记录医生在各个时刻下的操作动作，执行结果等，医生可以用这些信息做手术复盘、学习技巧和分析问题等。手术完成后，可以向介入手术体外模拟训练系统发出指令结束训练。如果练习一段后，想要切换图像或增减生理管状腔难度等，可以执行上述步骤S505，即判断是否需要更换模拟DSA图像。在确定需要更换模拟DSA图像后，介入手术体外模拟训练系统可以根据医生需求，对模拟DSA图像重新进行计算从而重新生成模拟DSA图像，这样就可以得到新的生理管状腔图像，与为医生通过新生成的模拟DSA图像进行后续模拟训练。

在一些实施例中，如图8所示，所述从端装置包括在注入压力后能够膨胀撑起血管的球囊，所述处理器105还配置为：在执行步骤S403根据所述压力参数将注入压力后的所述医疗介入器件106呈现于所述模拟DSA图像上后执行步骤S404。步骤S404：判断所述医疗介入器件106的球囊对应撑起的生理管状腔是否存在狭窄。

若是，则执行步骤S405，步骤S405：确定所述压力参数是否满足预设阈值。

若否，则执行步骤S406，步骤S406：直接生成包含有注入压力后的所述球囊的模拟DSA图像。

如此，能够针对生理管状腔是否狭窄的特点生成对应的模拟DSA图像，并且能够在狭窄时通过对压力参数的确定需要提示医生减压或加压，使得医生的模拟训练能够结合生理管状腔的狭窄情况达到更为真实的模拟效果。

可选地，在步骤S405：确定所述压力参数是否满足预设阈值后；若确定压力参数满足预设阈值，则生成用于提示医生减压的减压操作信息，此时模拟DSA图像上的生理管状腔将恢复至正常状态；若确定压力参数不满足预设阈值，则生成用于提示医生加压的加压操作信息，此时模拟DSA图像上的生理管状腔将无法恢复至正常状态。

在一些实施例中，所述处理器105还配置为：

接收用户输入的目标生理管状腔信息，所述目标生理管状腔信息中至少包括生理管状腔特征信息；

呈现与所述目标生理管状腔信息关联的选择信息，所述选择信息包括以下中的一个或多个：难度级别、狭窄程度以及分叉数量；

获取对所述选择信息的选择操作，基于所述选择操作生成所述模拟DSA图像。

如此，可以根据用户输入的信息生成医生模拟训练所需的模拟DSA图像，该模拟DSA图像上可呈现有不同的生理管状腔，以达到根据医生需求生成对应的生理管状腔的目的。

可选地，介入手术体外模拟训练系统可以通过深度学习来模拟人体的血管，从而根据医生的需求，生成不同形态、不同难度的血管图像，如冠脉血管中前降支有90%狭窄等血管图像。

可选地，在呈现与目标生理管状腔信息关联的选择信息后，医生可对选择信息进行选择操作，例如选择不同难度级别的生理管状腔，选择信息可具体呈现如初级血管直径4mm、中级血管直径3.5mm、高级血管直径3mm等不同难度级别的生理管状腔信息。由此，医生可以根据自己的实际情况选择适合自己的难度级别进行训练。

可选地，上述选择信息包括狭窄程度时，医生可以选择包含有不同狭窄程度的生理管状腔的模拟DSA图像。例如轻度50%狭窄、中度70%狭窄、重度95%狭窄等，从而训练不同狭窄程度的介入手术技能。

可选地，上述选择信息包括分叉数量时，医生可以选择包含有不同分叉个数的生理管状腔的模拟DSA图像。具体来说，医生可以选择不同的分叉个数，例如单分叉、双分叉等，包含有不同分叉个数的生理管状腔的模拟DSA图像对应着不同的手术难度和手术器械的操作方式，医生可以根据自己的实际情况选择适合自己的模拟DSA图像进行训练。

可选地，在生成包含目标生理管状腔的多维模拟图像时，可由医生选择要模拟的血管部分，如可以选择冠脉血管。选择完成后，医生可以再针对这种血管进行一些更加详细的描述或选择，如前降支有80%狭窄，有2处病变等。介入手术体外模拟训练系统在获取到用户输入的目标生理管状腔信息后，会对该数据进行预处理，把用户输入的目标生理管状腔信息转化为模拟DSA图像。

可选地，用户输入的目标生理管状腔信息可为文字，具体可通过CLIP模型对该文字进行编码生成输出向量，而后经由GAN等图像生成模型基于该输出向量生成输出图像，经过多次训练后得到最终的图像，即得到模拟DSA图像。而后，可将得到的模拟DSA图像呈现给医生进行确认，得到医生认可后，输出模拟DSA图像。上述CLIP模型可以实现图像和文本之间的交互，即可以根据输入的文本描述生成符合预期的多维图像，如3D图像。此外，CLIP模型的训练过程不需要标注数据，可以使用大规模的无标注数据进行预训练，具有很强的泛化能力。根据评估结果，使用反向传播算法优化图像生成模型的参数，使得生成的图像更加逼真。

可选地，图像生成模型可包括生成器和判别器，生成器可以接收经CLIP模型编码后的输出向量作为输入，通过一系列的卷积、反卷积等操作生成一张图像。判别器接收该图像作为输入，通过一系列的卷积、池化等操作输出一个表示该图像的真实度的标量，以使用判别器评估生成的图像真实度。上述生成器和判别器可以进行对抗训练，即生成器生成一张图像，判别器评估该图像的真实度，并将评估结果反馈给生成器。生成器根据反馈调整自己的参数，使得生成的图像更加真实。判别器也根据反馈调整自己的参数，使得评估结果更加准确。

在一些实施例中，如图10所示，所述处理器105还配置为：执行步骤S601至步骤S605。

步骤S601：基于输入的所述目标生理管状腔信息，生成包含所述目标生理管状腔的多维模拟图像。

步骤S602：基于用户选择的DSA角度信息，将所述多维模拟图像转换为二维的所述模拟DSA图像。

步骤S603：基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件106在所述目标生理管状腔中的第一位置。

步骤S604：确定所述第一位置在二维的所述模拟DSA图像中对应的第二位置，并将所述医疗介入器件106呈现于二维的所述模拟DSA图像的第二位置。

步骤S605：响应于所述第一位置的变化，更新呈现有所述医疗介入器件106的二维的所述模拟DSA图像。

如此，可使生成的多维模拟图像经过变换而得到二维的模拟DSA图像，这样二维的模拟DSA图像可以直接供医生观察和操作，通过二维的模拟DSA图像尽可能地真实和准确地呈现医疗介入器件106。

可选地，上述二维的模拟DSA图像是基于DSA角度信息确定的，当DSA角度信息发生变化时，二维的模拟DSA图像将基于多维模拟图像进行更新，即二维的模拟DSA图像将随着DSA角度信息的变化而变化。

可选地，可采用投影处理方法将多维模拟图像转换为二维的模拟DSA图像，具体可以通过计算机图形学中的投影变换来实现。例如有正交投影或透视投影。

可选地，在转换为二维的模拟DSA图像后，可对该模拟DSA图像进行渲染，使得该模拟DSA图像更加真实和逼真。其中，对投影后的模拟DSA图像进行渲染可以通过计算机图形学中的光照、纹理等技术来实现。将渲染后的模拟DSA图像显示在显示器102上，供医生观察和操作。这样做的目的是使得生成的模拟DSA图像应该尽可能地真实和准确。

在一些实施例中，所述显示器102至少配置为呈现转换为二维的所述模拟DSA图像；以及，实时呈现更新的包含有所述医疗介入器件106的模拟DSA图像。

本发明实施例还提供了一种用于介入手术体外模拟训练系统的控制方法，所述介入手术体外模拟训练系统包括介入手术执行装置和模拟训练装置，所述介入手术执行装置包括通信连接的主端装置和从端装置，所述从端装置包括用于执行介入手术的医疗介入器件106，所述主端装置包括用于控制所述医疗介入器件106运动的第一操作组件103，模拟训练装置包括与所述介入手术执行装置通信连接的处理器105。如图11所示，所述控制方法包括步骤S701至步骤S705。

步骤S701：经由所述处理器105响应于用户输入的目标生理管状腔信息，生成与所述目标生理管状腔信息对应的包含所述目标生理管状腔的模拟DSA图像。

步骤S702：经由所述处理器105接收用户控制所述第一操作组件103的第一操控信息。

步骤S703：经由所述处理器105基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件106的位置信息。

步骤S704：经由所述处理器105基于所述医疗介入器件106的位置信息将所述医疗介入器件106呈现于所述模拟DSA图像上的目标位置。

步骤S705：响应于所述医疗介入器件106的位置信息的变化，经由所述处理器105更新呈现有所述医疗介入器件106的模拟DSA图像。

本申请介入手术体外模拟训练系统能够在进行实际手术操作前，医生可以使用介入手术体外模拟训练系统提前进行手术操作训练，从而提高医生实际手术的效果，达到提前做好充分训练的目的，且介入手术体外模拟训练系统的模拟训练装置能够控制介入手术执行装置进行实际操作，实现模拟训练装置和介入手术执行装置的配合联动，提高训练的真实性，即方便的模拟医生做介入手术的真实过程，从而提高医生对介入手术执行装置的操作技巧，且能够给予医生在训练中更加真实的手术操作环境，使得临床体验感更好，这样医生在真正手术的过程中，不会紧张，减少了医生发挥失常的概率。并且，模拟训练装置的处理器105生成的模拟DSA图像是根据医生的需求生成的，其能够使医生进行针对性的训练，从而满足多种训练需求。

在一些实施例中，所述控制方法还包括：

经由所述处理器105确定所述医疗介入器件106的执行端在所述模拟DSA图像中的实时位置信息；

经由所述处理器105基于所述实时位置信息确定所述医疗介入器件106的执行端与所述模拟DSA图像中的生理管状腔的实时距离信息；

在所述实时距离信息的距离值满足预设阈值的情况下，经由所述处理器105生成对应所述医疗介入器件106的反馈信息。

在一些实施例中，所述模拟训练装置还包括造影剂模拟装置109，所述造影剂模拟装置109与所述处理器105通信连接，所述控制方法还包括：

经由所述处理器105接收用户控制所述造影剂模拟装置109的第二操控信息；

经由所述处理器105基于所述第二操控信息确定造影剂在所述模拟DSA图像上的生理管状腔内的流动信息，所述流动信息至少包括所述造影剂的流量以及造影剂注入位置；

经由所述处理器105根据所述流动信息将所述造影剂呈现于所述模拟DSA图像上。

在一些实施例中，所述模拟训练装置还包括压力泵模拟装置107，所述压力泵模拟装置107与所述处理器105通信连接，所述控制方法还包括：

经由所述处理器105接收用户控制所述压力泵模拟装置107的第三操控信息；

经由所述处理器105基于所述第三操控信息确定向所述医疗介入器件106注入的压力参数，所述压力参数至少包括压力值以及压力注入位置；

经由所述处理器105根据所述压力参数将注入压力后的所述医疗介入器件106呈现于所述模拟DSA图像上。

在一些实施例中，所述医疗介入器件106包括在注入压力后能够膨胀撑起生理管状腔的球囊，所述控制方法还包括：

在根据所述压力参数将注入压力后的所述医疗介入器件106呈现于所述模拟DSA图像上后，经由所述处理器105判断所述医疗介入器件106的球囊对应撑起的生理管状腔是否存在狭窄；

若是，则确定所述压力参数是否满足预设阈值；

若否，则直接生成包含有注入压力后的所述球囊的模拟DSA图像。

在一些实施例中，所述控制方法还包括：

经由所述处理器105接收用户输入的目标生理管状腔信息，所述目标生理管状腔信息中至少包括生理管状腔特征信息；

经由所述处理器105呈现与所述目标生理管状腔信息关联的选择信息，所述选择信息包括以下中的一个或多个：难度级别、狭窄程度以及分叉数量；

经由所述处理器105获取对所述选择信息的选择操作，基于所述选择操作生成所述模拟DSA图像。

在一些实施例中，所述控制方法还包括：

经由所述处理器105基于输入的所述目标生理管状腔信息，生成包含所述目标生理管状腔的多维模拟图像；

经由所述处理器105基于用户选择的DSA角度信息，将所述多维模拟图像转换为二维的所述模拟DSA图像；

经由所述处理器105基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件106在所述目标生理管状腔中的第一位置；

经由所述处理器105确定所述第一位置在二维的所述模拟DSA图像中对应的第二位置，并将所述医疗介入器件106呈现于二维的所述模拟DSA图像的第二位置；

响应于所述第一位置的变化，经由所述处理器105更新呈现有所述医疗介入器件106的二维的所述模拟DSA图像。

在一些实施例中，所述模拟训练装置还包括与所述处理器105通信连接的显示器102，所述控制方法还包括经由显示器102呈现转换为二维的所述模拟DSA图像；以及，实时呈现更新的包含有所述医疗介入器件106的模拟DSA图像。

本发明实施例还提供了一种存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述用于介入手术体外模拟训练系统的控制方法的步骤。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本申请的具有等同元件、修改、省略、组合（例如，各种实施例交叉的方案）、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例（或其一个或更多方案）可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本申请。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本申请的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本申请的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，包括：

介入手术执行装置，其包括通信连接的主端装置和从端装置，所述从端装置包括用于执行介入手术的医疗介入器件，所述主端装置包括用于控制所述医疗介入器件运动的第一操作组件；

模拟训练装置，其包括与所述介入手术执行装置通信连接的处理器，所述处理器配置为：

响应于用户输入的目标生理管状腔信息，生成与所述目标生理管状腔信息对应的包含所述目标生理管状腔的模拟DSA图像；

接收用户控制所述第一操作组件的第一操控信息；

基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件的位置信息；

基于所述医疗介入器件的位置信息将所述医疗介入器件呈现于所述模拟DSA图像上的目标位置；

响应于所述医疗介入器件的位置信息的变化，更新呈现有所述医疗介入器件的模拟DSA图像。

2.根据权利要求1所述的介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，所述处理器还配置为：

确定所述医疗介入器件的执行端在所述模拟DSA图像中的实时位置信息；

基于所述实时位置信息确定所述医疗介入器件的执行端与所述模拟DSA图像中的生理管状腔的实时距离信息；

在所述实时距离信息的距离值满足预设阈值的情况下，生成对应所述医疗介入器件的反馈信息。

3.根据权利要求1所述的介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，所述模拟训练装置还包括造影剂模拟装置，所述造影剂模拟装置与所述处理器通信连接，所述处理器还配置为：

接收用户控制所述造影剂模拟装置的第二操控信息；

基于所述第二操控信息确定造影剂在所述模拟DSA图像上的生理管状腔内的流动信息，所述流动信息至少包括所述造影剂的流量以及造影剂注入位置；

根据所述流动信息将所述造影剂呈现于所述模拟DSA图像上。

4.根据权利要求1所述的介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，所述模拟训练装置还包括压力泵模拟装置，所述压力泵模拟装置与所述处理器通信连接，所述处理器还配置为：

接收用户控制所述压力泵模拟装置的第三操控信息；

基于所述第三操控信息确定向所述医疗介入器件注入的压力参数，所述压力参数至少包括压力值以及压力注入位置；

根据所述压力参数将注入压力后的所述医疗介入器件呈现于所述模拟DSA图像上。

5.根据权利要求4所述的介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，所述医疗介入器件包括在注入压力后能够膨胀撑起生理管状腔的球囊，所述处理器还配置为：

在根据所述压力参数将注入压力后的所述医疗介入器件呈现于所述模拟DSA图像上后，判断所述医疗介入器件的球囊对应撑起的生理管状腔是否存在狭窄；

若是，则确定所述压力参数是否满足预设阈值；

若否，则直接生成包含有注入压力后的所述球囊的模拟DSA图像。

6.根据权利要求1所述的介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，所述处理器还配置为：

接收用户输入的目标生理管状腔信息，所述目标生理管状腔信息中至少包括生理管状腔特征信息；

呈现与所述目标生理管状腔信息关联的选择信息，所述选择信息包括以下中的一个或多个：难度级别、狭窄程度以及分叉数量；

获取对所述选择信息的选择操作，基于所述选择操作生成所述模拟DSA图像。

7.根据权利要求1所述的介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，所述处理器还配置为：

基于输入的所述目标生理管状腔信息，生成包含所述目标生理管状腔的多维模拟图像；

基于用户选择的DSA角度信息，将所述多维模拟图像转换为二维的所述模拟DSA图像；

基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件在所述目标生理管状腔中的第一位置；

确定所述第一位置在二维的所述模拟DSA图像中对应的第二位置，并将所述医疗介入器件呈现于二维的所述模拟DSA图像的第二位置；

响应于所述第一位置的变化，更新呈现有所述医疗介入器件的二维的所述模拟DSA图像。

8.根据权利要求1或7所述的介入手术体外模拟训练系统，其特征在于，所述模拟训练装置还包括与所述处理器通信连接的显示器，所述显示器至少配置为呈现转换为二维的所述模拟DSA图像；以及，实时呈现更新的包含有所述医疗介入器件的模拟DSA图像。

9.一种用于介入手术体外模拟训练系统的控制方法，其特征在于，所述介入手术体外模拟训练系统包括介入手术执行装置和模拟训练装置，所述介入手术执行装置包括通信连接的主端装置和从端装置，所述从端装置包括用于执行介入手术的医疗介入器件，所述主端装置包括用于控制所述医疗介入器件运动的第一操作组件，模拟训练装置包括与所述介入手术执行装置通信连接的处理器，所述控制方法包括：

经由所述处理器响应于用户输入的目标生理管状腔信息，生成与所述目标生理管状腔信息对应的包含所述目标生理管状腔的模拟DSA图像；

经由所述处理器接收用户控制所述第一操作组件的第一操控信息；

经由所述处理器基于所述第一操控信息确定所述医疗介入器件的位置信息；

经由所述处理器基于所述医疗介入器件的位置信息将所述医疗介入器件呈现于所述模拟DSA图像上的目标位置；

响应于所述医疗介入器件的位置信息的变化，经由所述处理器更新呈现有所述医疗介入器件的模拟DSA图像。

10.根据权利要求9所述的用于介入手术体外模拟训练系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

经由所述处理器确定所述医疗介入器件的执行端在所述模拟DSA图像中的实时位置信息；

经由所述处理器基于所述实时位置信息确定所述医疗介入器件的执行端与所述模拟DSA图像中的生理管状腔的实时距离信息；

在所述实时距离信息的距离值满足预设阈值的情况下，经由所述处理器生成对应所述医疗介入器件的反馈信息。