CN208548087U - 影像生成装置和医疗设备的培训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种影像生成装置和医疗设备的培训系统。影像生成装置包括：采集模块，用于采集真实物体的影像数据，所述影像数据包括图像信息和位置信息；重建模块，用于根据所述采集模块获取的影像数据重建所述真实物体的三维影像；影像处理模块，用于根据目标影像获取指令从所述真实物体的三维影像中提取目标影像数据；影像输出模块，用于将所述目标影像数据发送至所述培训系统。能减少真实培训操作的时间，减少对真实病例的需求，缓解资源紧张，节省培训成本。并且经过培训后，培训用户已基本掌握设备的使用和技巧，在后续的真实培训过程中，可减少失误，增加安全性和降低指导医生的工作强度。

Description

影像生成装置和医疗设备的培训系统

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种影像生成装置和一种医疗设备的培训系统。

背景技术

一般的，新型的数字化医疗的设备由于技术新，使用了数字化技术、现代影像技术(MR，超声)以及三维技术等，导致习惯于传统机械或手术刀的医生学习起来比较困难。因此导致新技术、新医疗设备的应用推广变得很困难，阻碍病患及时得到新技术的治疗手段，而新技术往往可以给病患带来更少的伤害以及更好的效果。

其中，高强度聚集超声(HIFU)肿瘤治疗技术就是这样的新技术，可以带给病人更好的治疗效果和减少伤害。虽然如此，但采用这种技术的数字化医疗设备即由于医生学习培训困难，导致应用和推广困难，十多年来，一直进步缓慢。

同时，现代的虚拟技术如三维虚拟技术和人工智能快速发展起来，计算机技术也高速发展，性能提高很快。完全有可能利用计算机的高速性能和虚拟化技术和人工智能，实现虚拟培训，让操作医生更快理解和适应新技术和新设备。

因此，如何设计一种能够利用虚拟化技术实现培训的影像生成装置以及医疗设备的培训系统成为本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种影像生成装置和一种医疗设备的培训系统。

为了实现上述目的，本实用新型的第一方面，提供了一种影像生成装置，所述影像生成装置用于医疗设备的培训系统，所述影像生成装置包括：

采集模块，用于采集真实物体的影像数据，所述影像数据包括图像信息和位置信息；

重建模块，用于根据所述采集模块获取的影像数据重建所述真实物体的三维影像；

影像处理模块，用于根据目标影像获取指令从所述真实物体的三维影像中提取目标影像数据；

影像输出模块，用于将所述目标影像数据发送至所述培训系统。

优选地，所述采集模块用于分别根据预先设定的x方向的采集范围和采集间距、预先设定的y方向的采集范围和采集间距以及预先设定的z方向的采集范围和采集间距，对所述真实物体进行影像采集，生成影像数据集合；

所述重建模块用于根据所述影像数据集合重建所述真实物体的三维影像。

优选地，所述采集模块对所述真实物体进行单帧影像采集，生成单帧影像数据集合；

所述重建模块用于根据所述单帧影像数据集合重建所述真实物体的三维影像。

优选地，所述影像处理模块包括切割子模块；

所述切割子模块用于根据所述目标影像获取指令，生成与该目标影像获取指令相对应的空间切面，并利用所述空间切面对所述三维影像进行切割，以获得所述目标影像数据。

优选地，所述采集模块对所述真实物体进行多帧视频影像采集，生成多帧视频影像数据集合；

所述重建模块用于根据所述多帧视频影像数据集合重建真实物体的空间各位置点的三维视频影像，并创建空间各位置点的三维视频影像的索引。

优选地，所述影像处理模块还包括查找子模块；

所述查找子模块用于根据所述目标影像获取指令，从所述空间各位置点的三维视频影像的索引中查找是否与所述目标影像获取指令相对应的目标索引，并且，

当存在所述目标索引时，提取目标索引所对应的三维视频影像，以形成所述目标影像数据；

当不存在所述目标索引时，提取与所述目标位置相邻位置处的三维视频影像，并对该三维视频影像的每一帧影像进行双线性差值，以获得所述目标影像数据。

优选地，所述影像生成装置还包括病例库建立模块；

所述病例库建立模块用于获取生病物体的基本资料，并将所述基本资料与所述真实物体的三维影像相关联，以形成培训病例库；其中，

所述基本资料包括物体的名称、疾病的描述和疾病的影像资料。

优选地，所述影像生成装置包括仿真模型和成像模块，所述仿真模型包括基础框架和目标组织，所述成像模块用于根据目标影像获取指令从所述目标组织中提取目标影像数据，并将所述目标影像数据发送至所述培训系统。

本实用新型的第二方面，提供了一种医疗设备的培训系统，所述培训系统包括服务器和影像生成装置，所述影像生成装置包括前文记载的任意一项所述的影像生成装置；

所述服务器包括培训输入模块、培训输出模块、控制模块和显示模块，所述培训输出模块与所述影像处理模块电连接，所述影像输出模块与所述培训输入模块电连接；

所述培训输入模块用于获取培训用户输入的培训操作请求；

所述控制模块用于根据所述培训操作请求生成对应的目标影像获取指令；

所述培训输出模块用于将所述目标影像获取指令发送至所述影像处理模块；

所述显示模块用于显示所述目标影像数据。

优选地，所述培训系统还包括终端，所述终端包括运动模块、输入模块和输出模块，所述输入模块与所述培训输出模块电连接，所述输出模块与所述影像处理模块电连接，所述目标影像获取指令包括目标位置指令和影像获取指令；

所述培训输出模块用于将所述目标位置指令发送至所述运动模块，以及将所述影像获取指令发送至所述影像处理模块；

所述运动模块用于执行所述目标位置指令，并生成目标位置；

所述输出模块用于将所述目标位置发送至所述影像处理模块。

本实用新型的影像生成装置，在将其应用到医疗设备的培训系统中时，利用采集模块对真实物体的影像数据进行采集，并通过重建模块进行三维重建。这样，可以利用影像处理模块获取目标影像数据，从而可以将所获得的目标影像数据发送至培训系统，例如，可以发送至该培训系统下述记载的服务器中，以供培训用户查看该目标影像数据，使得培训用户能够根据目标影像数据所呈现的状况进行虚拟治疗等操作，以模拟真实医疗设备的操作。

本实用新型的医疗设备的培训系统，可以利用采集模块对真实物体的影像数据进行采集，并通过重建模块进行三维重建，这样，当培训用户通过培训输入模块输入培训操作请求时，影像处理模块根据该培训操作请求所对应的目标影像获取指令，获取得到目标影像数据，从而可以将所获得的目标影像数据发送至服务器，以供培训用户查看该目标影像数据，使得培训用户能够根据目标影像数据所呈现的状况进行虚拟治疗等操作，以模拟真实医疗设备的操作。因此，为数字化医疗设备的培训用户提供了设备的虚拟培训服务，达到与真实操作培训相近的效果，可大大减少真实培训操作的时间，大量减少对真实病例的需求，缓解资源紧张，并可显著节省培训成本，加快进度。并且经过培训后，培训用户已基本掌握设备的使用和技巧，在后续的真实培训过程中，可显著减少失误，增加安全性和降低指导医生的工作强度。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型第一实施例中影像生成装置的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例中影像生成装置的结构示意图；

图3为本实用新型第三实施例中培训系统的结构示意图。

附图标记说明

100：培训系统；

110：影像生成装置；

111：采集模块；

112：重建模块；

113：影像处理模块；

113a：切割子模块；

113b：查找子模块；

114：影像输出模块；

115：病例库建立模块；

116：仿真模型；

117：成像模块；

120：服务器；

121：培训输入模块；

122：培训输出模块：

123：控制模块：

124：显示模块；

130：终端；

131：运动模块；

132：输入模块；

133：输出模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

参考图1，本实用新型的第一方面，涉及一种影像生成装置110，用于医疗设备的培训系统100。

作为上述影像生成装置110的第一种具体实施方式，其中，该影像生成装置110包括采集模块111、重建模块112、影像处理模块113和影像输出模块114。其中，

上述采集模块111，用于采集真实物体的影像数据，该影像数据包括图像信息和位置信息。

以真实物体为真实人体为例进行说明，采集模块111对真实人体的影像数据进行采集。例如，采集模块111可以按照一定的时间间隔或者一定的距离间隔，采集真实人体的影像数据。

当然，上述真实物体还可以是动物或植物等真实物体。

上述重建模块112，用于根据采集模块111获取的影像数据重建真实物体的三维影像。

上述影像处理模块113，用于根据目标影像获取指令，该目标影像获取指令包括目标位置指令和影像获取指令，以便从真实物体的三维影像中提取目标影像数据。

也就是说，当影像处理模块113接收到目标影像获取指令以后，可以在真实物体的三维影像中提取与该目标影像获取指令所对应目标位置处的目标影像数据，显然，该目标影像数据包括了图像信息和位置信息，这样，可以方便培训用户查看该目标影像数据，从而能够根据目标影像数据所呈现的状况进行虚拟治疗等操作，以模拟真实医疗设备的操作。

需要说明的是，上述目标位置可以是医疗设备的培训系统100中的下述记载的终端130执行目标位置指令后所处的位置。当然，该目标位置还可以是培训用户输入的靶区部位的目标位置等等。上述目标影像获取指令可以是培训用户主动输入的目标影像获取指令等。

上述影像输出模块114，用于将目标影像数据发送至培训系统100。以供培训用户查看该目标影像数据，从而能够根据目标影像数据所呈现的状况进行虚拟治疗等操作，以模拟真实医疗设备的操作。

本实施例结构的影像生成装置，在将其应用到医疗设备的培训系统中时，利用采集模块对真实物体的影像数据进行采集，并通过重建模块进行三维重建，也就是说，形成虚拟的物体影像。这样，可以利用影像处理模块获取目标影像数据，从而可以将所获得的目标影像数据发送至培训系统，例如，可以发送至该培训系统下述记载的服务器中，以供培训用户查看该目标影像数据，使得培训用户能够根据目标影像数据所呈现的状况进行虚拟治疗等操作，以模拟真实医疗设备的操作。

优选地，如图1所述，作为上述影像生成装置110的第一种采集影像数据的具体实施方式，上述采集模块111用于分别根据预先设定的x、y和z三个方向的采集范围和采集间距，对真实物体进行单帧影像采集，并形成单帧影像数据集合。

具体地，例如，可以先在一台真实的医疗设备上，采集真实物体(或真实物体的目标区域)的超声影像数据，采集的方法是按预先设定的x，y，z三个方向的采集范围和间距采集单帧影像。例如，x从-10到40，间距5mm。y从-50到50，间距2mm。z从-30到50，间距3mm。这样，可以形成所需要的单帧影像数据集合。

上述重建模块112用于根据单帧影像集合，重建真实物体的三维影像。

具体地，重建模块112可以根据采集模块111所获得到的单帧影像数据集合，进行重建，形成真实物体的三维影像。并可以将该真实物体的三维影像保存起来，以供后续使用或培训用户查看等。

相应地，如图1所示，上述影像处理模块113包括切割子模块113a。

该切割子模块113a用于根据目标影像获取指令，生成与该目标影像获取指令相对应的空间切面，并利用空间切面对三维影像进行切割，以获得目标影像数据。

本实施例结构的影像生成装置，通过采集模块分别根据预先设定的x、y和z三个方向的采集范围和采集间距，对真实物体进行单帧影像采集，形成单帧影像数据集合。之后，重建模块根据该单帧影像数据集合，进行三维重建，获得真实物体的三维影像。之后，当培训用户希望获取目标影像数据时，影像处理模块中的切割子模块，根据目标影像获取指令生成空间切面，并利用空间切面对三维影像进行切割，以获得目标影像数据。因此，目标影像数据的提取方式较为简单，操作方便且容易实现。

优选地，如图1所示，作为上述影像生成装置110的第二种采集影像数据的具体实施方式，上述采集模块111用于分别根据预先设定的x、y和z三个方向的采集范围和采集间距，对真实物体进行多帧视频影像采集，并形成多帧视频影像数据集合。

具体地，例如，先在一台真实的医疗设备上，采集真实物体(或真实物体的目标区域)的超声影像数据。采集的方法是按预先设定的x，y，z三个方向的采集范围和间距采集多帧视频影像。例如，x从-10到40，间距5mm。y从-50到50，间距2mm。z从-30到50，间距5mm。这样，可以形成所需要的多帧视频影像数据集合。

上述重建模块112用于根据多帧视频影像数据集合重建真实物体的空间各位置点的三维视频影像并创建空间各位置点的三维视频影像的索引。

具体地，重建模块112根据多帧视频影像数据集合，进行插值后，可以建立各个点位置的三维视频影像的索引。例如，点(0，0，0)对应视频1，点(0，0，1)对应视频2...等。这样就可以建立虚拟影像视频数据模型了。

相应地，如图1所示，上述影像处理模块113还包括查找子模块113b。

该查找子模块113b用于根据目标影像获取指令，从空间各位置点的三维视频影像的索引中查找是否与目标影像获取指令相对应的目标索引，并且，

当存在目标索引时，提取目标索引所对应的三维视频影像，以形成目标影像数据。

当不存在目标索引时，提取与目标位置相邻位置处的三维视频影像，并对该三维视频影像的每一帧影像进行双线性差值，以获得目标影像数据。

具体地，查找子模块113b根据目标影像获取指令，得各个轴的坐标位置，利用坐标位置从三维视频影像数据库中查到目标索引，从而得到目标索引所对应的目标影像数据(该目标影像数据包括多帧影像)。如果指定的目标位置不存在目标索引，可以先查到这个目标位置附近的多个(例如，四个)三维视频影像，对每个三维视频影像中的每一帧影像进行双线性插值，从而可以得到该目标位置处的目标影像数据(该目标影像数据包括多帧影像)，从而可以将目标影像数据发送至下述的服务器，并且可以实时播放，以供培训用户查看、分析和治疗。

因此，本实施例结构的影像生成装置，最终获得的空间各位置点的三维视频影像均包括多帧，也就是说，空间各位置点的三维视频影像均是动态的，从而可以在每一个空间位置，培训用户都可以看到动态的超声影像，而不是静态影像，这就与实际的监控超声影像一致了，能够显著提高培训效果。

优选地，如图1所示，上述影像生成装置110还包括病例库建立模块115。

该病例库建立模块115用于获取生病物体的基本资料，并将基本资料与真实物体的三维影像相关联，以形成培训病例库；其中，

基本资料包括物体的名称、疾病的描述和疾病的影像资料。

具体地，病例库建立模块115可以将获取到的生病物体的基本资料与真实物体的三维影像相关联，一起形成培训病例库。当病例库中添加培训需要的所有典型的治疗情形后，完成病例库的建设。

这样，当培训用户需要培训时，可以启动培训系统，然后根据培训老师或自己制定的培训计划，选择合适的病例。培训系统根据培训用户选择的病例，自动调出病例资料和与该病例资料相关联的三维影像数据。之后影像处理模块根据目标影像获取指令获取得到目标影像数据，并将所获得到的目标影像数据发送至培训系统，以供用户查看、分析和治疗。能够有效简化培训过程，缩短培训时间，提高培训效果。

如图2所示，作为上述影像生成装置110的第二种具体实施方式。该影像生成装置110包括仿真模型116和成像模块117，该仿真模型116包括基础框架(图中并未示出)和目标组织(图中并未示出)，成像模块117用于根据目标影像获取指令，从目标组织中提取目标位置的目标影像数据。

具体地，可以采用硬材料作骨架，普通可成形材料作为非感兴趣的组织的材料，如橡胶等。再以混合硅胶，蛋白质凝胶和其他矿物材料制作感兴趣的人体器官，对于骨架和非感兴趣组织，不要求在超声下能显示图像，但感兴趣的组织必须能在超声成像设备下显示出实时影像。这种方案制作仿生人体成本比较高，但培训效果最好。

需要说明的是，上述的成像模块117还可以位于下述的终端130中，这样，当终端130移动到目标位置时，该成像模块117可以自动获取仿真模型的目标位置处的目标影像数据。

本实用新型的第二方面，如图1和图3所示，提供了一种医疗设备的培训系统100，培训系统100包括服务器120和影像生成装置110，影像生成装置110包括前文记载的任意一项的影像生成装置110。

其中，上述服务器120包括培训输入模块121、培训输出模块122和控制模块123，该培训输出模块122与影像处理模块113电连接，影像输出模块114与培训输入模块121电连接。

上述培训输入模块121用于获取培训用户输入的培训操作请求，该培训输入模块121，例如，可以是鼠标、键盘或显示屏等具有输入功能的结构。

上述控制模块123用于根据培训操作请求生成对应的目标影像获取指令。

上述培训输出模块122用于将目标影像获取指令发送至影像处理模块113。

本实施例结构的培训系统，可以利用采集模块对真实物体的影像数据进行采集，并通过重建模块进行三维重建，也就是说，形成虚拟的物体影像。这样，当培训用户通过培训输入模块输入培训操作请求时，影像处理模块根据该培训操作请求所对应的目标影像获取指令，获取得到目标影像数据，从而可以将所获得的目标影像数据发送至服务器，以供培训用户查看该目标影像数据，使得培训用户能够根据目标影像数据所呈现的状况进行虚拟治疗等操作，以模拟真实医疗设备的操作。

因此，本实施例结构中的培训系统，为数字化医疗设备的培训用户提供了设备的虚拟培训服务，达到与真实操作培训相近的效果，虽然不能取代真实培训，但可大大减少真实培训操作的时间，大量减少对真实病例的需求，缓解资源紧张，并可显著节省培训成本，加快进度。并且经过培训后，培训用户已基本掌握设备的使用和技巧，在后续的真实培训过程中，可显著减少失误，增加安全性和降低指导医生的工作强度。

优选地，如图3所示，为了便于供培训用户查看目标影像数据，上述服务器120还包括显示模块124，该显示模块124用于显示目标影像数据。

优选地，如图3所示，上述培训系统100还包括终端130，该终端130包括运动模块131、输入模块132和输出模块133，输入模块132与培训输出模块122电连接，输出模块133与影像处理模块113电连接。上述目标影像获取指令包括目标位置指令和影像获取指令。

上述培训输出模块122用于将目标位置指令发送至运动模块131，以及将影像获取指令发送至影像处理模块113。

上述运动模块131用于执行目标位置指令，并生成目标位置。

上述输出模块133用于将目标位置发送至影像处理模块113。

具体地，上述服务器120中的控制模块123可以由主控计算机(其包括培训输入模块121，例如，鼠标键盘等)和虚拟操作软件组成。

当上述的影像生成装置110为第一种具体实施方式时，上述终端130可以由高性能计算机和虚拟设备软件(该虚拟设备软件为运动模块131)所组成。

其中的运动模块131，可以根据培训用户通过控制模块123发出的目标位置指令，产生虚拟动作，并将虚拟动作产生的结果和状态(也就是目标位置)实时反馈给虚拟操作软件。比如，控制模块123发出目标位置指令，要求x轴以速度5mm/s，从10运动到50。则运动模块131根据该目标位置指令以每秒钟改变5mm的速度改变x坐标的数值，并到达所设定的目标位置，并将目标位置反馈给培训输入模块121和影像处理模块113。服务器120和终端130之间可以采用网络通信或其他通信技术。如采用一条千兆网线将服务器120和终端130连接起来。

当上述的影像生成装置110为第二种具体实施方式时，上述终端130不再是计算机或者软件，其中的运动模块131为真实的一个运动机构，该运动机构可以在控制模块123的控制下，产生运动。并且，当上述的成像模块117也位于该终端130上时，此时，随着运动机构的移动，成像模块117可以传输实时目标影像至服务器120。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种影像生成装置，所述影像生成装置用于医疗设备的培训系统，其特征在于，所述影像生成装置包括：

采集模块，用于采集真实物体的影像数据，所述影像数据包括图像信息和位置信息；

重建模块，用于根据所述采集模块获取的影像数据重建所述真实物体的三维影像；

影像处理模块，用于根据目标影像获取指令从所述真实物体的三维影像中提取目标影像数据；

影像输出模块，用于将所述目标影像数据发送至所述培训系统。

2.根据权利要求1所述的影像生成装置，其特征在于，所述采集模块用于分别根据预先设定的x方向的采集范围和采集间距、预先设定的y方向的采集范围和采集间距以及预先设定的z方向的采集范围和采集间距，对所述真实物体进行影像采集，生成影像数据集合；

所述重建模块用于根据所述影像数据集合重建所述真实物体的三维影像。

3.根据权利要求2所述的影像生成装置，其特征在于，所述采集模块对所述真实物体进行单帧影像采集，生成单帧影像数据集合；

所述重建模块用于根据所述单帧影像数据集合重建所述真实物体的三维影像。

4.根据权利要求3所述的影像生成装置，其特征在于，所述影像处理模块包括切割子模块；

所述切割子模块用于根据所述目标影像获取指令，生成与该目标影像获取指令相对应的空间切面，并利用所述空间切面对所述三维影像进行切割，以获得所述目标影像数据。

5.根据权利要求2所述的影像生成装置，其特征在于，所述采集模块对所述真实物体进行多帧视频影像采集，生成多帧视频影像数据集合；

所述重建模块用于根据所述多帧视频影像数据集合重建真实物体的空间各位置点的三维视频影像，并创建空间各位置点的三维视频影像的索引。

6.根据权利要求5所述的影像生成装置，其特征在于，所述影像处理模块还包括查找子模块；

所述查找子模块用于根据所述目标影像获取指令，从所述空间各位置点的三维视频影像的索引中查找是否与所述目标影像获取指令相对应的目标索引，并且，

当存在所述目标索引时，提取目标索引所对应的三维视频影像，以形成所述目标影像数据；

当不存在所述目标索引时，提取与所述目标位置相邻位置处的三维视频影像，并对该三维视频影像的每一帧影像进行双线性差值，以获得所述目标影像数据。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的影像生成装置，其特征在于，所述影像生成装置还包括病例库建立模块；

所述病例库建立模块用于获取生病物体的基本资料，并将所述基本资料与所述真实物体的三维影像相关联，以形成培训病例库；其中，

所述基本资料包括物体的名称、疾病的描述和疾病的影像资料。

8.一种影像生成装置，所述影像生成装置用于医疗设备的培训系统，其特征在于，所述影像生成装置包括仿真模型和成像模块，所述仿真模型包括基础框架和目标组织，所述成像模块用于根据目标影像获取指令从所述目标组织中提取目标影像数据，并将所述目标影像数据发送至所述培训系统。

9.一种医疗设备的培训系统，其特征在于，所述培训系统包括服务器和影像生成装置，所述影像生成装置包括权利要求1至8中任意一项所述的影像生成装置；

所述服务器包括培训输入模块、培训输出模块、控制模块和显示模块，所述培训输出模块与所述影像处理模块电连接，影像输出模块与所述培训输入模块电连接；

所述培训输入模块用于获取培训用户输入的培训操作请求；

所述控制模块用于根据所述培训操作请求生成对应的目标影像获取指令；

所述培训输出模块用于将所述目标影像获取指令发送至所述影像处理模块；

所述显示模块用于显示所述目标影像数据。

10.根据权利要求9所述的培训系统，其特征在于，所述培训系统还包括终端，所述终端包括运动模块、输入模块和输出模块，所述输入模块与所述培训输出模块电连接，所述输出模块与所述影像处理模块电连接，所述目标影像获取指令包括目标位置指令和影像获取指令；

所述培训输出模块用于将所述目标位置指令发送至所述运动模块，以及将所述影像获取指令发送至所述影像处理模块；

所述运动模块用于执行所述目标位置指令，并生成目标位置；

所述输出模块用于将所述目标位置发送至所述影像处理模块。