CN116965922A - 一种远程操控心脏三维标测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程操控心脏三维标测方法及装置，属于远程控制技术领域。利用网络监测工具获取网络延时因素；根据网络延时因素，建立心脏远程三维标测系统的数学模型；利用数学模型，建立包含预估器的Smith控制器；接收带有时间戳的控制指令，通过预估器对网络延时进行预估；将预估结果反馈至Smith控制器进行延时补偿；转发延时补偿后的控制指令至心脏标测设备，控制标测导管进行移动，并记录标测导管的响应时刻；比较标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳，在标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差的情况下，进行临床远程心脏三维标测；重复执行上述步骤，更新Smith控制器进行延时补偿，降低远程手术控制指令延时误差。

Description

一种远程操控心脏三维标测方法及装置

技术领域

本发明属于远程控制技术领域，具体涉及一种远程操控心脏三维标测方法及装置。

背景技术

远程进行心脏三维标测是一种医生通过计算机网络远程通信手段，在物理隔离的情况下，对患者进行心脏消融手术的提供导航的操作。通常，医生会使用远程操作机器人等设备，通过计算机网络和传感器等技术，远程操控手术器械完成手术。随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，越来越多的人更注重身体健康，但由于不同地区的医疗条件不同，所以为了获得更好的治疗，越来越多的患者开始接受医生远程操控进行手术。

虽然目前的网络传输技术发展很快，但是由于网络的实时性受到多种因素的影响，远程进行心脏三维标测目前最大的一个问题就是网络延时问题，例如网络拥塞、网络噪声、信号衰减等，这些因素可能随时发生变化，由于网络延时造成的医生控制指令往往不能实时的执行，严重的可能导致手术失败，严重影响患者生命安全。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种远程操控心脏三维标测方法及装置，能够解决现有的由于网络延时造成的医生控制指令往往不能实时的执行，严重的可能导致手术失败，严重影响患者生命安全的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面

本发明实施例提供了一种远程操控心脏三维标测方法，应用于心脏远程三维标测系统，心脏远程三维标测系统包括控制端、受控端、网络监测工具、心脏标测设备和标测导管，控制端通过受控端与心脏标测设备连接，心脏标测设备与标测导管连接，控制标测导管伸入心脏中进行三维标测，方法包括：

S101：利用网络监测工具获取网络延时因素；

S102：根据网络延时因素，建立心脏远程三维标测系统的数学模型；

S103：利用数学模型，建立包含预估器的Smith控制器；

S104：接收带有时间戳的控制指令，通过预估器对网络延时进行预估；

S105：将预估结果反馈至Smith控制器进行延时补偿；

S106：转发延时补偿后的控制指令至心脏标测设备，控制标测导管进行移动，并记录标测导管的响应时刻；

S107：比较标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳，在标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差的情况下，进行临床远程心脏三维标测；

S108：重复S101-S107。

第二方面

本发明实施例提供了一种远程操控心脏三维标测装置，装置包括：

获取模块，用于利用网络监测工具获取网络延时因素；

第一建立模块，用于根据网络延时因素，建立心脏远程三维标测系统的数学模型；

第二建立模块，用于利用数学模型，建立包含预估器的Smith控制器；

预估模块，用于接收带有时间戳的控制指令，通过预估器对网络延时进行预估；

反馈模块，用于将预估结果反馈至Smith控制器进行延时补偿；

转发模块，用于转发延时补偿后的控制指令至心脏标测设备，控制标测导管进行移动，并记录标测导管的响应时刻；

比较模块，比较标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳，在标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差的情况下，进行临床远程心脏三维标测；

重复模块，用于重复S101-S107。

在本发明实施例中，利用网络监测工具实时的监测网络延时因素，根据网络延时因素对建立的包括预估器的改进Smith控制器进行更新，以适应实际情况下网络延时的变化，降低远程手术控制指令延时误差。。利用改进的Smith控制器对医生远程发送的控制指令进行延时补偿，并根据控制指令的时间戳和标测导管的响应时间的延时误差，判断Smith控制器是否符合要求，只有在延时误差小于预设误差的情况下，才会控制标测导管进行移动，严格保证手术过程的实时性、可控性和安全性，避免网络延时对远程手术的影响，提升远程手术治疗效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种远程操控心脏三维标测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种心脏远程三维标测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种远程操控心脏三维标测装置的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例、参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供一种远程操控心脏三维标测方法及装置进行详细地说明。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种基远程操控心脏三维标测方法的流程示意图；

本发明实施例提供的一种远程操控心脏三维标测方法，应用于心脏远程三维标测系统，心脏远程三维标测系统包括控制端、受控端、网络监测工具、心脏标测设备和标测导管，控制端通过受控端与心脏标测设备连接，心脏标测设备与标测导管连接，控制标测导管伸入心脏中进行三维标测，方法包括：

S101：利用网络监测工具获取网络延时因素。

其中，网络延时因素主要包括网络带宽：网络带宽是指网络在一定时间内传输数据的能力，即单位时间内能够传输的数据量大小，网络带宽越大，传输数据的速度越快。网络拥塞：当网络中传输的数据量超过了网络承载能力的时候，就会导致网络拥塞，从而造成数据传输的延迟。网络传输距离：网络传输距离是指数据在网络中传输的距离，距离越远，传输延时就越大。网络路由：网络路由是指数据在网络中传输的路径，不同的路由路径可能会导致传输延时的不同。通过监测这些网络延时因素，可以帮助我们更好地了解当前网络的实际情况，并作出相应的调整和优化，从而提高利用心脏远程三维标测系统进行远程手术的实时性和稳定性。

需要说明的是，当医生发送远程指令进行远程心脏三维标测时，需要通过网络连接控制端和受控端，以及心脏标测设备。网络的稳定性和延时因素是影响远程操作和测量精度的关键因素。因此，在开始进行远程心脏三维标测前，需要通过网络监测工具获取网络延时因素，以便建立数学模型并优化控制策略，最大程度的减小延时误差并提高测量精度。

在一种可能的实施方式中，在S101之后还包括：

S109：在网络检测工具监测到的流量数据异常的情况下，发出警报，并停止心脏远程三维标测系统的运行，检查系统故障。

可以理解的是，为了保障心脏远程三维标测系统的可靠性和安全性。当网络检测工具监测到的流量数据异常时，可能是由于系统故障引起的，这时候需要立即发出警报并停止系统运行，以便检查系统故障。如果不及时停止系统运行，可能会导致错误的标测结果，进而影响标测导管的移动准确性。有效避免因系统故障而导致的错误标测结果，保障心脏三维标测系统的可靠性和安全性。

S102：根据网络延时因素，建立心脏远程三维标测系统的数学模型。

在一种可能的实施方式中，S102具体为：

S1021：建立包含网络延时因素的心脏远程三维标测系统的数学模型：

y(t)＝G(u(t-h(t)))

其中，G表示心脏远程三维标测系统的传递函数，u(t)表示心脏远程三维标测系统的输入，y(t)表示心脏远程三维标测系统的输出，h(t)表示实际网络延时。

需要说明的是，网络延时是指信息在网络中传输时所需要的时间，网络受到多种因素影响的。网络延时不同会导致控制指令和实际执行之间存在延迟，因此需要建立数学模型来描述这种延迟的影响。基于网络延时因素建立心脏远程三维标测系统的数学模型可以帮助我们更好地理解网络延迟对系统性能的影响，并为设计控制器和预估器提供基础。通过建立数学模型，我们可以将网络延迟因素纳入到系统的控制方案中，从而提高远程手术的操作准确性。

S103：利用数学模型，建立包含预估器的Smith控制器。

其中，预估器是用来估计系统输入和输出之间的延迟，它可以预测未来的输入信号，从而能够更好地对输出信号进行控制。而Smith控制器是用来对远程心脏三维标测控制系统进行调节，从而使得输出信号更加接近期望值。预估器可以提供输入信号的预测值，这些预测值可以用于校正Smith控制器的输出，以消除由于网络延时引起的误差。

在一种可能的实施方式中，S103具体包括：

S1031：结合数学模型，建立包括心脏远程三维标测系统的输入和输出的预估器的输出函数，即预估器预估得到的预估网络延时：

其中，F表示预估器的传递函数；

S1032：结合预估器得到的预估网络延时，建立心脏远程三维标测系统的Smith控制器：

其中，C表示Smith控制器的传递函数，表示网络延时误差的积分项，h(t)表示实际网络延时。

S104：接收带有时间戳的控制指令，通过预估器对网络延时进行预估。

需要说明的是，因为医生发送的控制指令由于网络传输过程中存在不可控的延时，如果直接将控制指令发送给心脏远程三维标测系统，可能导致控制指令到达时，标测导管并没有准备好，或者已经超时，导致标测误差增大，从而影响实际手术中标测导管移动的准确性。因此，通过预估网络延时提前进行延时补偿，使控制指令到达心脏远程三维标测系统时，标测导管处于准备好的状态，从而提高标测的精度和可靠性。

S105：将预估结果反馈至Smith控制器进行延时补偿。

需要说明的是，将预估结果反馈至Smith控制器进行延迟补偿，以保证控制指令的精度和稳定性。在心脏远程三维标测系统中，由于网络延时的存在，控制指令发送后可能需要一定的时间才能到达标测设备，因此需要对延迟进行补偿，使控制指令到达的时间尽可能接近预定的时间。预估器通过预估网络延迟，将预估结果反馈至Smith控制器，以调整控制指令的发送时间和补偿延迟，从而确保控制指令在预定时间到达标测设备，提高医生和标测导管的实时交互能力，提高手术的成功率。

S106：转发延时补偿后的控制指令至心脏标测设备，控制标测导管进行移动，并记录标测导管的响应时刻。

具体来说，当Smith控制器对网络延时进行预估并进行了延时补偿后，需要将补偿后的控制指令发送给心脏标测设备，以控制标测导管进行移动，从而采集心脏三维数据。在心脏远程三维标测系统中，标测导管的移动需要通过控制指令来实现。对网络延时进行了预估并进行了延时补偿，但标测导管的响应仍然可能受到网络延时的影响，这样就会导致控制指令的执行时间不准确，无法精确地控制标测导管的移动，从而影响标测结果的准确性。因此，需要将补偿后的控制指令发送到心脏标测设备，控制标测导管进行移动，并记录标测导管的响应时刻，以便在后续的步骤中进行误差计算和校准。

在一种可能的实施方式中，在S106之后还包括：

S110：在标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差未在预设误差的情况下，调整预估器的滤波器参数、预估器系数或者Smith控制器参数，并重新利用控制指令进行重新测试，直至延时误差处于预设误差停止调整。

在实际使用过程中，可能会出现预估器或控制器的参数不准确的情况，从而导致延迟误差超出预设误差范围。通过对预估器的滤波器参数、预估器系数或Smith控制器参数进行调整，然后重新测试以使延迟误差处于预设误差内。这个过程可能需要多次迭代才能达到预期的结果，但是一旦成功，就可以保证系统的稳定性和精度。

S107：比较标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳，在标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差的情况下，进行临床远程心脏三维标测。

需要说明的是，本领域技术人员可以自行设定预设误差的大小，在此不做限定。在进行远程心脏三维标测时，控制指令需要通过网络传输到标测导管，标测导管收到控制指令后进行相应的移动，并在移动到指定位置后进行测量。由于网络延时的存在，控制指令到达标测导管的时间会存在一定的延迟，因此标测导管的响应时刻也会存在一定的延迟。

我们将标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳进行比较，以检查标测导管的响应是否准确。如果标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差范围内，那么我们可以认为标测导管的响应是准确的，相应的测量结果也是可靠的。如果延时误差超出预设误差范围，那么我们需要重新检查网络延时因素或者调整Smith控制器的相关参数，以确保能够获得准确的标测结果。

S108：重复S101-S107。

在实际使用过程中，网络延时情况可能随时发生，对心脏远程三维标测系统的持续监测和控制的过程中，可能会出现网络延时因素的变化，导致前面建立的数学模型和控制器需要重新调整。因此，需要不断重复S101-S107的步骤，以及时处理网络环境实时变化的可能性，并保持控制系统的稳定性和准确性。同时，可以用于持续记录和分析心脏的三维标测数据，以进一步优化控制算法和提高远程手术的准确性。

在本发明实施例中，利用网络监测工具实时的监测网络延时因素，根据网络延时因素对建立的包括预估器的改进Smith控制器进行更新，以适应实际情况下网络延时的变化，降低远程手术控制指令延时误差。利用改进的Smith控制器对医生远程发送的控制指令进行延时补偿，并根据控制指令的时间戳和标测导管的响应时间的延时误差，判断Smith控制器是否符合要求，只有在延时误差小于预设误差的情况下，才会控制标测导管进行移动，严格保证手术过程的实时性、可控性和安全性，避免网络延时对远程手术的影响，提升远程手术治疗效果。

实施例二

参照图2，示出了本发明实施例提供的一种心脏远程三维标测系统的结构示意图。

参照图3，示出了本发明实施例提供的一种远程操控心脏三维标测装置的结构示意图。

一种远程操控心脏三维标测装置20，装置包括：

获取模块201，用于利用网络监测工具获取网络延时因素；

第一建立模块202，用于根据网络延时因素，建立心脏远程三维标测系统的数学模型；

第二建立模块203，用于利用数学模型，建立包含预估器的Smith控制器；

预估模块204，用于接收带有时间戳的控制指令，通过预估器对网络延时进行预估；

反馈模块205，用于将预估结果反馈至Smith控制器进行延时补偿；

转发模块206，用于转发延时补偿后的控制指令至心脏标测设备，控制标测导管进行移动，并记录标测导管的响应时刻；

比较模块207，比较标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳，在标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差的情况下，进行临床远程心脏三维标测；

重复模块208，用于重复S101-S107。

在一种可能的实施方式中，第一建立模块202具体包括：

第一建立子模块，用于建立包含网络延时因素的心脏远程三维标测系统的数学模型：

y(t)＝G(u(t-h(t)))

其中，G表示心脏远程三维标测系统的传递函数，u(t)表示心脏远程三维标测系统的输入，y(t)表示心脏远程三维标测系统的输出，h(t)表示网络延时。

在一种可能的实施方式中，第二建立模块203具体包括：

第二建立子模块，用于结合数学模型，建立包括心脏远程三维标测系统的输入和输出的预估器的输出函数，即预估器预估得到的预估网络延时：

其中，F表示预估器的传递函数；

第三建立子模块，用于结合预估器得到的预估网络延时，建立心脏远程三维标测系统的Smith控制器：

其中，C表示Smith控制器的传递函数，表示网络延时误差的积分项，h(t)表示实际网络延时。

在一种可能的实施方式中，远程操控心脏三维标测装置还包括：

停止模块209，用于在网络检测工具监测到的流量数据异常的情况下，发出警报，并停止心脏远程三维标测系统的运行，检查系统故障。

在一种可能的实施方式中，远程操控心脏三维标测装置，还包括：

调整模块210，用于在标测导管的响应时刻与控制指令的时间戳之间的延时误差未在预设误差的情况下，调整预估器的滤波器参数、预估器系数或者Smith控制器参数，并重新利用控制指令进行重新测试，直至延时误差处于预设误差停止调整。

本发明实施例提供的远程操控心脏三维标测装置20能够实现上述方法实施例中实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

在本发明实施例中，利用网络监测工具实时的监测网络延时因素，根据网络延时因素对建立的包括预估器的改进Smith控制器进行更新，以适应实际情况下网络延时的变化，降低远程手术控制指令延时误差。利用改进的Smith控制器对医生远程发送的控制指令进行延时补偿，并根据控制指令的时间戳和标测导管的响应时间的延时误差，判断Smith控制器是否符合要求，只有在延时误差小于预设误差的情况下，才会控制标测导管进行移动，严格保证手术过程的实时性、可控性和安全性，避免网络延时对远程手术的影响，提升远程手术治疗效果。

本发明实施例中的虚拟装置可以是装置，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种远程操控心脏三维标测方法，其特征在于，应用于心脏远程三维标测系统，所述心脏远程三维标测系统包括控制端、受控端、网络监测工具、心脏标测设备和标测导管，所述控制端通过所述受控端与所述心脏标测设备连接，所述心脏标测设备与所述标测导管连接，控制所述标测导管伸入心脏中进行三维标测，方法包括：

S101：利用所述网络监测工具获取网络延时因素；

S102：根据所述网络延时因素，建立所述心脏远程三维标测系统的数学模型；

S103：利用所述数学模型，建立包含预估器的Smith控制器；

S104：接收带有时间戳的控制指令，通过所述预估器对网络延时进行预估；

S105：将预估结果反馈至所述Smith控制器进行延时补偿；

S106：转发延时补偿后的控制指令至所述心脏标测设备，控制所述标测导管进行移动，并记录所述标测导管的响应时刻；

S107：比较所述标测导管的响应时刻与所述控制指令的时间戳，在所述标测导管的响应时刻与所述控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差的情况下，进行临床远程心脏三维标测；

S108：重复S101-S107。

2.根据权利要求1所述的远程操控心脏三维标测方法，其特征在于，所述S102具体为：

S1021：建立包含所述网络延时因素的所述心脏远程三维标测系统的数学模型：

y(t)＝G(u(t-h(t)))

其中，G表示所述心脏远程三维标测系统的传递函数，u(t)表示所述心脏远程三维标测系统的输入，y(t)表示所述心脏远程三维标测系统的输出，h(t)表示网络延时。

3.根据权利要求2所述的远程操控心脏三维标测方法，其特征在于，所述S103具体包括：

S1031：结合所述数学模型，建立包括所述心脏远程三维标测系统的输入和输出的所述预估器的输出函数，即所述预估器预估得到的预估网络延时：

其中，F表示所述预估器的传递函数；

S1032：结合所述预估器得到的预估网络延时，建立所述心脏远程三维标测系统的Smith控制器：

其中，C表示所述Smith控制器的传递函数，表示网络延时误差的积分项，h(t)表示实际网络延时。

4.根据权利要求1所述的远程操控心脏三维标测方法，其特征在于，在所述S101之后，还包括：

S109：在所述网络检测工具监测到的流量数据异常的情况下，发出警报，并停止所述心脏远程三维标测系统的运行，检查系统故障。

5.根据权利要求1所述的远程操控心脏三维标测方法，其特征在于，在所述S106之后，还包括：

S110：在所述标测导管的响应时刻与所述控制指令的时间戳之间的延时误差未在预设误差的情况下，调整所述预估器的滤波器参数、预估器系数或者Smith控制器参数，并重新利用所述控制指令进行重新测试，直至所述延时误差处于所述预设误差停止调整。

6.一种远程操控心脏三维标测装置，其特征在于，装置包括：

获取模块，用于利用所述网络监测工具获取网络延时因素；

第一建立模块，用于根据所述网络延时因素，建立所述心脏远程三维标测系统的数学模型；

第二建立模块，用于利用所述数学模型，建立包含预估器的Smith控制器；

预估模块，用于接收带有时间戳的控制指令，通过所述预估器对网络延时进行预估；

反馈模块，用于将预估结果反馈至所述Smith控制器进行延时补偿；

转发模块，用于转发延时补偿后的控制指令至所述心脏标测设备，控制所述标测导管进行移动，并记录所述标测导管的响应时刻；

比较模块，比较所述标测导管的响应时刻与所述控制指令的时间戳，在所述标测导管的响应时刻与所述控制指令的时间戳之间的延时误差在预设误差的情况下，进行临床远程心脏三维标测；

重复模块，用于重复S101-S107。

7.根据权利要求6所述的远程操控心脏三维标测装置，其特征在于，所述第一建立模块具体包括：

第一建立子模块，用于建立包含所述网络延时因素的所述心脏远程三维标测系统的数学模型：

y(t)＝G(u(t-h(t)))

其中，G表示所述心脏远程三维标测系统的传递函数，u(t)表示所述心脏远程三维标测系统的输入，y(t)表示所述心脏远程三维标测系统的输出，h(t)表示网络延时。

8.根据权利要求7所述的远程操控心脏三维标测装置，其特征在于，所述第二建立模块具体包括：

第二建立子模块，用于结合所述数学模型，建立包括所述心脏远程三维标测系统的输入和输出的所述预估器的输出函数，即所述预估器预估得到的预估网络延时：

其中，F表示所述预估器的传递函数；

第三建立子模块，用于结合所述预估器得到的预估网络延时，建立所述心脏远程三维标测系统的Smith控制器：

其中，C表示所述Smith控制器的传递函数，表示网络延时误差的积分项，h(t)表示实际网络延时。

9.根据权利要求6所述的远程操控心脏三维标测装置，其特征在于，所述远程操控心脏三维标测装置还包括：

停止模块，用于在所述网络检测工具监测到的流量数据异常的情况下，发出警报，并停止所述心脏远程三维标测系统的运行，检查系统故障。

10.根据权利要求6所述的远程操控心脏三维标测装置，其特征在于，所述远程操控心脏三维标测装置，还包括：

调整模块，用于在所述标测导管的响应时刻与所述控制指令的时间戳之间的延时误差未在预设误差的情况下，调整所述预估器的滤波器参数、预估器系数或者Smith控制器参数，并重新利用所述控制指令进行重新测试，直至所述延时误差处于所述预设误差停止调整。