專利名稱：超聲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
超聲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)本發(fā)明一般涉及醫(yī)療訓(xùn)練系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且特別是涉及使用超聲模擬的超聲訓(xùn)練系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)超聲波檢查是基于超聲波的診斷醫(yī)療技術(shù)，其中高頻聲波穿過身體中的軟組織和流體而傳輸。當(dāng)波被不同密度的物質(zhì)不同地反射時(shí)，它們的“回波”可以逐漸積聚以產(chǎn)生反射特征。這允許創(chuàng)建人體內(nèi)部(如內(nèi)部器官)的圖像，以便可以得到醫(yī)療數(shù)據(jù)，從而便于任何潛在的醫(yī)學(xué)疾病的診斷。在臨床實(shí)踐中，超聲掃描由訓(xùn)練有素的從業(yè)醫(yī)師執(zhí)行，從業(yè)醫(yī)師以各種角度操縱在患者的身體的周圍、上或中的換能器。在經(jīng)陰道超聲波的情況中，內(nèi)部探頭被旋轉(zhuǎn)或以其他方式操縱。在學(xué)習(xí)如何適當(dāng)和正確地使用超聲機(jī)器時(shí)，醫(yī)療和其他保健從業(yè)醫(yī)師接受廣泛的訓(xùn)練程序。這些程序包括授課期加上臨床訓(xùn)練期，在臨床訓(xùn)練期期間學(xué)生觀察在超聲波掃 描的執(zhí)行中的專家。學(xué)生通過觀看和復(fù)制來被教導(dǎo)如何識(shí)別和測量解剖實(shí)體，并捕獲進(jìn)一步的醫(yī)療檢查或分析所需要的數(shù)據(jù)。為了獲得必要的技能，超聲波檢查法學(xué)生必須發(fā)展認(rèn)知技能和手眼動(dòng)作協(xié)調(diào)的復(fù)雜融合。因此，學(xué)生在執(zhí)行超聲操作時(shí)得到的實(shí)踐越多，以及他/她在訓(xùn)練過程期間經(jīng)歷的解剖體(即，不同的患者)越多，學(xué)生的技能就可能越好。然而，這是一個(gè)冗長和耗時(shí)的過程，以及是資源密集的。經(jīng)超聲訓(xùn)練的放射照相技術(shù)員的目前短缺和在許多專業(yè)如產(chǎn)科學(xué)和婦科學(xué)、心臟病學(xué)、泌尿?qū)W和急癥醫(yī)學(xué)中超聲技術(shù)的額外引入給有限數(shù)量的合格教員帶來相當(dāng)大的壓力。滿足保健服務(wù)輸送目標(biāo)的持續(xù)的需求增加了壓力。因此，超聲訓(xùn)練的基本挑戰(zhàn)在于通過在實(shí)地患者接觸之前加快技能的獲得和提高學(xué)員的能力來解決沖突。因此，需要超聲訓(xùn)練解決方案，其提供有效且可重復(fù)的訓(xùn)練程序而無需使用臨床設(shè)備和/或?qū)＜冶O(jiān)督，并導(dǎo)致滿足能力所需的時(shí)間的減少。此外，這種解決方案應(yīng)該是成本有效的，同時(shí)降低對資源和時(shí)間的當(dāng)前壓力。在理想情況下，這樣的解決方案能夠?qū)W(xué)習(xí)環(huán)境中不常見的解剖和病理學(xué)合并，從而在學(xué)生接觸到活的患者之前提聞超聲訓(xùn)練的質(zhì)量和廣度。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于超聲檢查或超聲引導(dǎo)程序中的模擬訓(xùn)練的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，所述訓(xùn)練系統(tǒng)包括由用戶操作的模擬器輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備是可移動(dòng)的；用于顯示超聲掃描視像的裝置，超聲掃描視像是超聲掃描的圖像或傳真圖像，所述掃描視像是可變的并與所述模擬器輸入設(shè)備的位置和/或方向有關(guān)；其中a)所述系統(tǒng)還包括用于顯示第二圖像的裝置，所述第二圖像是與所述超聲掃描視圖相關(guān)聯(lián)的身體結(jié)構(gòu)的解剖圖形表示，其中，所述超聲掃描視像和所述第二圖像被鏈接以當(dāng)所述模擬器輸入設(shè)備的位置和/或方向改變時(shí)以協(xié)調(diào)的方式變化；和/或b)所述系統(tǒng)還包括用于電子地記錄用戶與所述系統(tǒng)的交互的方面以允許評(píng)估或測量將產(chǎn)生的用戶表現(xiàn)的的裝置；和/或
c)所述超聲掃描視像是由從不同的源得到并且被合并的掃描視像數(shù)據(jù)構(gòu)成的合成圖像；和/或，d)所述超聲掃描視像由掃描容積生成，所述掃描容積是通過轉(zhuǎn)換2維超聲波掃描或圖像以形成3維掃描容積而創(chuàng)建的3維(3D)掃描容積。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，所述系統(tǒng)將包括特征a)、b)、c)和d)中的兩個(gè)或更多個(gè)。用戶(B卩，學(xué)生或?qū)W員或從事持續(xù)的專業(yè)活動(dòng)的經(jīng)訓(xùn)練的專業(yè)人員)可操縱、重新定向或以其他方式移動(dòng)模擬器輸入設(shè)備。優(yōu)選地，模擬器輸入設(shè)備被配置成通過該設(shè)備向用戶提供與由用戶施加到該設(shè)備的力的位置和/或方向和/或角度有關(guān)的力反饋。優(yōu)選的是，關(guān)于施加到所述控制設(shè)備的力的數(shù)據(jù)被反饋給學(xué)生，以增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)的真實(shí)性。該反饋可通過控制設(shè)備本身來提供。模擬器輸入設(shè)備可以是模擬常規(guī)超聲機(jī)器的探頭的“復(fù)制智能”探頭。該探頭可以是智能探頭例如觸覺設(shè)備。然而，也可使用其他類型的控制設(shè)備。該模擬器可被稱為“虛擬超聲機(jī)器”。優(yōu)選地，該模擬器被配置成提供可視化，其至少部分地類似于由臨床超聲機(jī)器提供的特征和可視化。這是超聲掃描視像。掃描視圖 圖像可以是使用從各種源如患者掃描得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的拼嵌圖(mosaic)?；颊邟呙杩梢允峭ㄟ^使用臨床超聲設(shè)備掃描患者的身體得到的2維圖像。優(yōu)選地，超聲模擬包括對患者的身體的一部分的掃描圖像，圖像的視圖可響應(yīng)于模擬器輸入設(shè)備的移動(dòng)或操縱改變。因此，模擬器協(xié)調(diào)并控制如用戶觀看到的掃描的解剖體的視角。此外，模擬系統(tǒng)可提供至少一種其它超聲機(jī)器特征的表示。例如，它可提供亮度和對比度控制。優(yōu)選的是，模擬器輸入設(shè)備對應(yīng)于模擬所述模擬器輸入設(shè)備的運(yùn)動(dòng)、方向和/或位置的‘虛擬’超聲設(shè)備或被‘虛擬’超聲設(shè)備鏡像。因此，物理模擬器輸入設(shè)備的運(yùn)動(dòng)引起虛擬超聲設(shè)備的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。通過操縱物理輸入控制設(shè)備，用戶能夠改變通過系統(tǒng)顯示的解剖體的圖像的視野或視角。這使經(jīng)歷評(píng)估或?qū)嵺`訓(xùn)練期的用戶能夠通過操縱物理模擬器輸入設(shè)備來執(zhí)行虛擬(即，模擬的)掃描相關(guān)的任務(wù)。當(dāng)用戶移動(dòng)模擬器輸入設(shè)備時(shí)，他/她能夠觀察由該運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的虛擬改變。優(yōu)選的是，在用戶與系統(tǒng)交互期間，關(guān)于控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)被記錄或記下。此數(shù)據(jù)可涉及控制設(shè)備的位置、方向、施加的力和/或運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的是，虛擬設(shè)備的運(yùn)動(dòng)或掃描平面和解剖體被呈現(xiàn)給學(xué)生用于優(yōu)選地在計(jì)算機(jī)屏幕上或者例如作為全息顯示實(shí)時(shí)觀看掃描視像。優(yōu)選地，該呈現(xiàn)類似或模仿將向用戶呈現(xiàn)的“真實(shí)”超聲機(jī)器的掃描視像，從而為學(xué)生提供模擬的然而逼真的體驗(yàn)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，除了超聲掃描視像以外，還提供了掃描的解剖體的相應(yīng)圖形表示。這個(gè)第二個(gè)圖形解剖圖像以協(xié)調(diào)的方式鏈接到掃描視像。解剖體的圖形解剖表示可根據(jù)模擬器輸入設(shè)備的位置示出虛擬控制設(shè)備或掃描平面和解剖體的“截層(slice)”。當(dāng)用戶移動(dòng)物理模擬器輸入設(shè)備時(shí)，在反映解剖體的截層的運(yùn)動(dòng)和平面的表示中示出的虛擬控制設(shè)備被相應(yīng)地調(diào)整。在超聲掃描視像和圖形表示都被顯示的那些實(shí)施方式中，優(yōu)選的是，它們相鄰于或接近彼此例如在同一計(jì)算機(jī)屏幕上的不同窗口中顯示。優(yōu)選地，圖形表示和掃描的圖像是同一解剖體的兩種不同再現(xiàn)。因此，控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)引起在所觀看的解剖體的兩個(gè)版本中的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選的是，訓(xùn)練系統(tǒng)還包括評(píng)估部件。這可以由包括用于電子地記錄用戶與該系統(tǒng)交互的方面以允許評(píng)估或測量將產(chǎn)生的用戶表現(xiàn)的的裝置的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。這可被稱為“學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)”(LMS)。優(yōu)選地，LMS被配置成根據(jù)控制設(shè)備的操縱提供學(xué)生對任務(wù)的表現(xiàn)的評(píng)估。優(yōu)選地，LMS包括多個(gè)另外的部件，例如用戶接口。LMS可包括安全和/或訪問控制部件。例如，學(xué)生可被要求登錄到LMS中或接受某種類型的認(rèn)證過程。優(yōu)選的是，在使用訓(xùn)練系統(tǒng)之前、期間和/或之后，LMS向用戶提供訓(xùn)練相關(guān)的內(nèi)容。此訓(xùn)練內(nèi)容可包括關(guān)于待完成的任務(wù)的類型或性質(zhì)和/或如何完成它的指令。該內(nèi)容也可以按各種不同的格式提供。例如，它可作為文本或以可聽得見的形式呈現(xiàn)。在可選實(shí)施方式中，LMS可“記住”與用戶與系統(tǒng)的以前交互有關(guān)的數(shù)據(jù)，并可向用戶呈現(xiàn)這些用于反饋、教導(dǎo)和/或激勵(lì)的目的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了至少一個(gè)預(yù)先確定的度量或表現(xiàn)相關(guān)的準(zhǔn)則。優(yōu)選地，提供了多種度量，其中每個(gè)準(zhǔn)則作為基準(zhǔn)或規(guī)格，對照其可測量學(xué)生的表現(xiàn)的方面。學(xué)生的表現(xiàn)對照度量的比較可通過系統(tǒng)的度量分析部件來執(zhí)行。 優(yōu)選的是，度量被存儲(chǔ)在模擬器定義文件中。優(yōu)選地，為學(xué)生可承擔(dān)的每個(gè)分派任務(wù)或教學(xué)目標(biāo)提供模擬器定義文件(及其中包含的度量集)。因此，度量是面向任務(wù)的并使學(xué)生的表現(xiàn)能夠與能勝任的用戶或?qū)＜矣脩舻念A(yù)期的表現(xiàn)相比較或與由專業(yè)團(tuán)體設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)相比較來評(píng)估。除了結(jié)果本身以外，優(yōu)選的是，模擬器定義文件還包含與每種度量有關(guān)的文本。這個(gè)文本可提供關(guān)于學(xué)生是否已成功或未能實(shí)現(xiàn)特定的學(xué)習(xí)目標(biāo)的建議。在可選實(shí)施方式中，多種度量可組合地被評(píng)估以根據(jù)多個(gè)準(zhǔn)則的評(píng)估提供增強(qiáng)的分析。優(yōu)選的是，在整個(gè)給定的訓(xùn)練期中，記下關(guān)于學(xué)生對控制設(shè)備的使用的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，該數(shù)據(jù)被記錄在審查跟蹤內(nèi)。優(yōu)選地，探頭的位置、方向和施加的力以隔開的或定時(shí)的時(shí)間間隔被記錄。優(yōu)選地，在模擬訓(xùn)練期結(jié)束時(shí)考慮到度量來分析學(xué)生的表現(xiàn)數(shù)據(jù)。因此，在訓(xùn)練期期間在審查跟蹤文件中出現(xiàn)的結(jié)果由度量分析儀作為輸入接收。然而，技術(shù)人員將理解，度量比較也可在學(xué)習(xí)期期間的任何時(shí)間執(zhí)行。度量準(zhǔn)則可按照多種方式確定。例如，它可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、或通過使用本發(fā)明評(píng)估至少一個(gè)專家的表現(xiàn)、或從已知的醫(yī)療知識(shí)來確定。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，超聲掃描視像是合并自從不同的源得到的數(shù)據(jù)生成的合成圖像。源可以是通過使用常規(guī)超聲機(jī)器掃描志愿者受驗(yàn)對象的身體得到的2維掃描。實(shí)際上，3D超聲容積被提供來用在超聲訓(xùn)練系統(tǒng)上，3D超聲容積包括合成容積或組合的單獨(dú)容積，在合成容積中，來自至少一個(gè)其它容積的一個(gè)部分被引入到該3D容積中。這通過合并掃描視圖和/或來自多個(gè)不同的源、志愿者或受驗(yàn)對象的圖形解剖表示的電子數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。3D容積可被創(chuàng)建為真實(shí)志愿者受驗(yàn)對象的解剖體的合成物。真實(shí)志愿者受驗(yàn)對象的解剖體的掃描的一個(gè)或多個(gè)選定部分可被復(fù)制和被疊加(或“粘貼”)到虛擬容積的對應(yīng)區(qū)域。選定部分可以是對應(yīng)于例如受驗(yàn)對象卵巢或其他內(nèi)部器官的區(qū)域。因此，新的虛擬容積可被建立作為最初從一個(gè)以上的志愿者受驗(yàn)對象得到的掃描數(shù)據(jù)的拼嵌體。例如，可決定，為了教學(xué)的原因，具有比實(shí)際受驗(yàn)對象所擁有的卵巢大的卵巢的特定容積將是優(yōu)選的。因此，本發(fā)明提供這樣的特制虛擬容積。通過從大批2D像素網(wǎng)格創(chuàng)建3D體素網(wǎng)格將2維超聲掃描或圖像轉(zhuǎn)換成3D容積來創(chuàng)建3D容積。因此，3D解剖容積可從對2D超聲圖像的“掃掠”來創(chuàng)建。由于單次掃掠可能不會(huì)覆蓋圖像所需要的全部區(qū)域(因?yàn)椴ㄊ鴮挾瓤赡懿粔驅(qū)?，所以多次“掃掠”可被執(zhí)行，其中每次掃掠可記錄連續(xù)2D圖像相對于時(shí)間的視頻。多次掃掠然后可被合并以建立關(guān)于2D超聲掃描圖像的更大的數(shù)據(jù)集。這可能是需要的，因?yàn)橛捎?D超聲波束限制，一次掃掠不能覆蓋模擬器所需的所關(guān)注的全部區(qū)域。優(yōu)選的是，從所掃描的2D數(shù)據(jù)編譯‘掃掠’集合后，掃掠被一起α混合。這優(yōu)選地使用掩模來執(zhí)行，掩模定義在掃掠中哪些像素將被忽略和/或哪些將被用作到因而產(chǎn)生的3-D容積的輸入。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，因而產(chǎn)生的α混合可隨后被編輯以從一個(gè)或多個(gè)可選的數(shù)據(jù)集導(dǎo)入數(shù)據(jù)，使得其它數(shù)據(jù)集的期望部分被并入α混合中以創(chuàng)建具有期望的解剖屬性的3D容積。因此，因而產(chǎn)生的虛擬容積是根據(jù)教學(xué)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的虛擬患者的身體的一部分的表示。這提供了可以快速且容易地創(chuàng)建額外的虛擬容積的優(yōu)點(diǎn)。此外，這提供了學(xué)生可 以在比如果他/她僅通過臨床實(shí)踐進(jìn)行訓(xùn)練將可能的更少的時(shí)間中接觸到更多種的解剖體和結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)?？蛇x地，3D容積可包括被設(shè)計(jì)成表示特定受驗(yàn)對象解剖的人為生成的數(shù)據(jù)集。此外，數(shù)據(jù)集可以被處理，以便隨著時(shí)間或通過控制輸入設(shè)備施加的力而變化，以便模仿受驗(yàn)對象的運(yùn)動(dòng)如胎兒心跳、嬰兒在子宮內(nèi)的運(yùn)動(dòng)或由輸入控制設(shè)備施加的力而導(dǎo)致的空間關(guān)系改變。因此，本發(fā)明消除或減輕了當(dāng)前超聲訓(xùn)練環(huán)境的至少一些缺點(diǎn)，同時(shí)提供上文所述的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的這些和其它方面從本文所述的本發(fā)明的示例性實(shí)施方式將是明顯的，并且參考這些實(shí)施方式來被闡明?，F(xiàn)在將僅作為例子以及參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中圖I示出本發(fā)明的實(shí)施方式的部件和事件。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的向?qū)W生呈現(xiàn)的基于模擬的超聲訓(xùn)練期的典型視圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明用戶與系統(tǒng)的交互。下面的示例性實(shí)施方式描述關(guān)于經(jīng)陰道掃描的本發(fā)明的使用。然而，本申請僅為了說明性的目的，并且本發(fā)明并不沒有被規(guī)定為限于這個(gè)方面。其他實(shí)施方式可被應(yīng)用于其他類型的醫(yī)療用途。轉(zhuǎn)到

圖1，醫(yī)療超聲訓(xùn)練模擬器被提供并包括以下部件·學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS) 5，其監(jiān)督或管理向用戶呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)；·用戶評(píng)估部件7，這使用戶表現(xiàn)的判斷或分析能夠形成。·超聲模擬部件2，其配置成復(fù)制常規(guī)超聲機(jī)器的關(guān)鍵特征。這可被稱為“虛擬超聲機(jī)器”?！?fù)制“智能”超聲探頭6，其作為由用戶操縱并提供對系統(tǒng)的電子輸入的輸入設(shè)備。輸入設(shè)備6可以是例如與系統(tǒng)的模擬器部件通信的觸覺設(shè)備?！び?jì)算機(jī)和其他相關(guān)硬件，其用于運(yùn)行本發(fā)明的軟件部件。
·高分辨率屏幕13，其用于顯示和呈現(xiàn)信息給用戶12。這可以是觸摸屏。另外參考圖2和圖3，在使用中，用戶12登錄到超聲訓(xùn)練系統(tǒng)的LMS5以開始訓(xùn)練期。這可能需要通過各種公知方法(例如，通過提供用戶ID和口令)的認(rèn)證。用戶和系統(tǒng)部件之間的交互通過用戶接口來處理，用戶接口可以用任何適當(dāng)?shù)木幊陶Z言編寫。在登錄到系統(tǒng)中后，LMS 5為用戶提供課程內(nèi)容3的概述。本概述為學(xué)生提供關(guān)于模塊的目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果的信息。每個(gè)模塊劃分成多個(gè)教程和分派任務(wù)。教程涉及特定技術(shù)的主題例如經(jīng)陰道探頭的方向約定或引入，而分派任務(wù)是在模塊內(nèi)構(gòu)成關(guān)鍵學(xué)習(xí)點(diǎn)的一組任務(wù)(例如矢狀平面和冠狀平面中的方位或后者的方向和定位和壓力)。然后，用戶選擇他(她)希望承擔(dān)哪些訓(xùn)練模塊(例如，正常女性骨盆的檢查、正常早期妊娠或胎兒安全的評(píng)估)。當(dāng)用戶指示他(她)希望承擔(dān)分派任務(wù)(即，運(yùn)行模擬器)時(shí)，LMS 5向?qū)W生提供初始指令。指令可被口頭地或視覺地提供。LMS還將模擬器定義10傳遞到模擬部件，使得該分派任務(wù)可被執(zhí)行。
模擬器定義10是關(guān)于特定的分派任務(wù)的一批信息和數(shù)據(jù)，該分派任務(wù)用于關(guān)于特定的目標(biāo)或任務(wù)測試和訓(xùn)練學(xué)生。例如，模擬器定義10可包括相關(guān)分派任務(wù)的完整描述，包括待顯示的文本、與待使用的超聲容積有關(guān)的參數(shù)、哪個(gè)容積將被使用、哪些力反饋文件應(yīng)被使用和待測試的度量的完整描述。相關(guān)的通過/失敗準(zhǔn)則也可被包括。訓(xùn)練內(nèi)容11被存儲(chǔ)在XML文件內(nèi)，從而使訓(xùn)練內(nèi)容11能夠被配置、更新和改變?？山o用戶提供在沒有反饋的“實(shí)踐模式”中或“交互模式”中使用模擬器的選擇，由此，用戶遵循指令以承擔(dān)特定的任務(wù)，其然后將對照一組“黃金標(biāo)準(zhǔn)”度量而被測量。可以例如在屏幕上以文本形式或例如通過揚(yáng)聲器以可聽得見的形式提供這些指令。因此，當(dāng)用戶通過LMS接口選擇分派任務(wù)時(shí)，適當(dāng)?shù)哪M器定義10被裝入模擬器7中并且訓(xùn)練期開始。在訓(xùn)練期期間，用戶通過操縱觸覺輸入設(shè)備6 (即，“智能探頭”)來完成選定的分派任務(wù)或任務(wù)。用戶操作物理輸入設(shè)備6以圍繞虛擬患者的解剖體導(dǎo)航虛擬超聲探頭14。這可出現(xiàn)在屏幕I上，作為重新創(chuàng)建的超聲掃描視像2和/或作為對應(yīng)于虛擬探頭14的平面和運(yùn)動(dòng)的模擬超聲波束。在智能復(fù)制探頭6被移動(dòng)時(shí)，顯示器I示出在患者的解剖體的模擬中波束的進(jìn)展。因此，通過使用觸覺輸入設(shè)備6，訓(xùn)練系統(tǒng)允許用戶12在虛擬世界中執(zhí)行超聲操作，虛擬世界模仿在臨床訓(xùn)練期中對活的患者如何執(zhí)行操作。例如，用戶能夠執(zhí)行操作例如檢查和測量虛擬患者的內(nèi)部器官。在訓(xùn)練期期間，系統(tǒng)在兩個(gè)并排視圖中示出超聲容積和虛擬解剖體，這兩個(gè)視圖在用戶的屏幕上的單獨(dú)窗口中示出，如圖2所示I.在實(shí)時(shí)掃描2期間生成的重新創(chuàng)建的超聲掃描視像。因此，虛擬超聲機(jī)器2根據(jù)探頭輸入設(shè)備的當(dāng)前位置實(shí)現(xiàn)示出掃描視像的模擬超聲機(jī)器的呈現(xiàn)。這在圖2的屏幕2中示出。當(dāng)用戶移動(dòng)觸覺輸入設(shè)備時(shí)，掃描視像2的視角相應(yīng)地改變，正如如果用戶操作“真實(shí)”超聲機(jī)器將發(fā)生的。2.在虛擬患者I的解剖體中模擬掃描波束21的進(jìn)展的視圖。圖2的屏幕I示出了解剖體的如圖形美術(shù)師所創(chuàng)建的這樣的圖形表示(此過程在下面被更詳細(xì)地討論)。解剖體的圖形表示從虛擬探頭14的視角示出。示出了虛擬探頭和其方向以及由虛擬探頭14的位置產(chǎn)生的掃描平面21。解剖體的“截層”根據(jù)虛擬探頭14的平面21示出。當(dāng)用戶移動(dòng)觸覺設(shè)備時(shí)，虛擬探頭14反映該運(yùn)動(dòng)并且被看到在屏幕2上移動(dòng)。因此，解剖體的被看到的視角被改變(例如旋轉(zhuǎn))，以便在模擬掃描平面21中反映出變化。兩個(gè)圖像(S卩，屏幕2中的模擬掃描視像和屏幕I中的圖形表示)都跟蹤觸覺輸入設(shè)備6的移動(dòng)，使得當(dāng)用戶執(zhí)行所需的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，他(她)能夠看到他/她的行為在兩種形式或表示中的結(jié)果。這提供了對手動(dòng)行為的結(jié)果的增強(qiáng)的理解。盡管上述這兩個(gè)視圖可同時(shí)向用戶呈現(xiàn)，但是技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在一些實(shí)施方式中可只顯示上述圖像中的一個(gè)。換言之，該系統(tǒng)可只顯示虛擬解剖體的超聲容積或圖形表不。第三窗口 3也可在訓(xùn)練期期間呈現(xiàn)給用戶，包含關(guān)于所選擇的訓(xùn)練模塊的指令和/或信息?？蛇x地，可以以可聽得見的形式而不是通過屏幕提供這些指令和/或信息。因此，屏幕可為用戶提供上述解剖視圖的一個(gè)或兩個(gè)，有或沒有用于呈現(xiàn)訓(xùn)練相關(guān)的材料的附加
的第三屏幕。
用戶和模擬器2之間的交互由接口 9管理，接口 9使數(shù)據(jù)能夠從觸覺輸入設(shè)備6得到(例如，虛擬解剖體內(nèi)的位置)并反饋回觸覺輸入設(shè)備(即，力反饋)。因此，觸覺設(shè)備6向用戶提供關(guān)于他(她)通過探頭施加的力和組織或其他物質(zhì)提供的電阻的反饋。在一些實(shí)施方式中，硬件約束例如支撐框架20中的所定義的周長的孔17可被用來限制觸覺輸入探頭6的運(yùn)動(dòng)，從而復(fù)制真實(shí)探頭的運(yùn)動(dòng)的范圍，其由患者的身體抑制。該系統(tǒng)還可人為地約束探頭從虛擬身體開口例如口腔、陰道或肛門或手術(shù)入口點(diǎn)如腹腔鏡檢查口的出口點(diǎn)，使得它在虛擬解剖體中的正確點(diǎn)處。這避免了在探頭位置或角度的測量中不匹配的情況下的不正確的可視化。例如，在這樣的情況下，探頭可能以其他方式錯(cuò)誤地穿過虛擬解剖體的腿或其他身體部分退出。然而，該系統(tǒng)的其它實(shí)施方式可能并不需要使用硬件約束。因此，使用模仿在臨床訓(xùn)練期中得到的經(jīng)驗(yàn)來提供復(fù)雜的交互水平。通過推向器官時(shí)的壓力和通過防止探頭移動(dòng)到解剖學(xué)上不可能的位置來向用戶提供掃描操作的逼真感覺。在模擬期間，公知的技術(shù)被用來使虛擬解剖體變形以模擬探頭例如在諸如陰道腔的空腔內(nèi)或身體的外表面上的效果。其他技術(shù)也被用來模擬超聲機(jī)器的一些關(guān)鍵功能，從而增強(qiáng)了學(xué)生體驗(yàn)的真實(shí)性。這些可在訓(xùn)練期期間通過屏幕4的區(qū)域由學(xué)生呈現(xiàn)和控制。這些特征可包括·亮度、對比度和時(shí)間增益補(bǔ)償(TGC)控制·圖像注釋(標(biāo)記和文本注釋)·改變圖像方向·固定和分割屏幕功能·放大和縮放圖像·拍攝照片或進(jìn)行視頻記錄·測量距離或面積或從一系列的測量計(jì)算體積通過LMS 5，學(xué)生也能夠觀看保存的截屏和/或其表現(xiàn)的視頻記錄。在整個(gè)訓(xùn)練期中，用戶交互和訓(xùn)練期數(shù)據(jù)由系統(tǒng)存儲(chǔ)或記錄在審查跟蹤8中。此外，觸覺位置和/或方向和施加的力以隔開的或定時(shí)的時(shí)間間隔(例如每100ms)被記錄。在模擬結(jié)束時(shí)，此信息被分析以關(guān)于相關(guān)度量確定用戶的表現(xiàn)。用戶的表現(xiàn)通過使用度量分析部件7來評(píng)估。雖然分析可在訓(xùn)練期期間的任何時(shí)間執(zhí)行，但是它更通常作為批處理操作使用存儲(chǔ)在審查跟蹤文件8中的結(jié)果在模擬運(yùn)行(即，分派任務(wù))結(jié)束時(shí)發(fā)生。度量分析儀7比較在模擬期間得到的關(guān)于學(xué)生的表現(xiàn)的數(shù)據(jù)與在模擬器定義文件10中存儲(chǔ)的對選定的分派任務(wù)的一組預(yù)先確定的準(zhǔn)則(即，“度量”)。度量與分派任務(wù)內(nèi)的每個(gè)任務(wù)相關(guān)聯(lián)，并對照關(guān)鍵表現(xiàn)準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)學(xué)生對該任務(wù)的表現(xiàn)的評(píng)估。例如，如果該任務(wù)是全面檢查和測量患者的右側(cè)卵巢的大小，則度量可檢查由模擬探頭施加的最大力、完成檢查所花費(fèi)的時(shí)間、探頭運(yùn)動(dòng)分布、所進(jìn)行的測量例如卵巢的長度、寬度和高度和測量位置。對照多個(gè)不同的度量進(jìn)行比較，每個(gè)度量測量學(xué)生的表現(xiàn)的單一方面。以下度量可被包括在系統(tǒng)中，雖然下面的列表并沒有被規(guī)定為有限的或絕對的
時(shí)間執(zhí)行任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間
飛行路徑
學(xué)生多么緊密地遵循“專家”探測路徑。
所使用的算法如下
對于所記錄的每個(gè)專家探頭(觸覺)位置，通過絕對距離找到最接近的學(xué)生點(diǎn)(C)
度量是最小(C)、最大(C)、平均(C)
定位平面與專家所記錄的位置比較來檢查固定超聲
視圖的位置
角偏差從學(xué)生在掃描期間做出的特定方向矢量檢查偏
差
多選擇多個(gè)選擇問題
權(quán)利要求
1.一種用于超聲檢查或超聲引導(dǎo)程序中的模擬訓(xùn)練的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，所述訓(xùn)練系統(tǒng)包括 由用戶操作的模擬器輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備是可移動(dòng)的； 用于顯示超聲掃描視像的裝置，所述超聲掃描視像是超聲掃描的圖像或傳真圖像，所述掃描視像是可變的并與所述模擬器輸入設(shè)備的位置和/或方向有關(guān)； 其中 所述系統(tǒng)還包括用于顯示第二圖像的裝置，所述第二圖像是與所述超聲掃描視圖相關(guān)聯(lián)的身體結(jié)構(gòu)的截層的解剖圖形表示，所述第二圖像指示所述模擬器輸入設(shè)備的掃描波束平面；以及 所述超聲掃描視像和所述第二圖像被鏈接以當(dāng)所述模擬器輸入設(shè)備的位置和/或方向改變時(shí)以協(xié)調(diào)的方式變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括模擬器輸入設(shè)備約束布置以提供對所述輸入設(shè)備的位置移動(dòng)或所需掃描的背景的約束。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中 a)所述系統(tǒng)還包括用于電子地記錄用戶與所述系統(tǒng)交互的方面以允許評(píng)估或測量將產(chǎn)生的用戶表現(xiàn)的裝置；和/或 b)所述超聲掃描視像是由從不同的源得到并且被合并的掃描視像數(shù)據(jù)構(gòu)成的合成圖像；和/或 c)所述超聲掃描視像由掃描容積生成，所述掃描容積是通過轉(zhuǎn)換2維超聲波掃描或圖像以形成3維掃描容積而創(chuàng)建的3維(3D)掃描容積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述掃描視像數(shù)據(jù)從來自被選定的不同志愿者或受驗(yàn)對象的掃描數(shù)據(jù)得到并被合并。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述第二圖像是通過從所述掃描視像分割出所關(guān)注的器官并再現(xiàn)為所分割出的器官的圖形表示來從所述掃描視像創(chuàng)建的容積的3維解剖圖形表示。
6.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述模擬器輸入設(shè)備被布置成在所限定的環(huán)境中在來自所述系統(tǒng)的輸出控制下向用戶提供力反饋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述模擬器輸入設(shè)備包括觸覺設(shè)備，該觸覺設(shè)備具有響應(yīng)于系統(tǒng)輸出而操作的機(jī)載電子換能器。
8.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括評(píng)估部件，所述評(píng)估部件允許電子地記錄和用戶與所述系統(tǒng)交互有關(guān)的度量以允許評(píng)估或測量將產(chǎn)生的用戶表現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，與所述用戶關(guān)于特定的任務(wù)對所述輸入設(shè)備的操縱有關(guān)的度量與標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)結(jié)果比較，以便評(píng)估所述用戶的表現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括度量分析儀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，度量被存儲(chǔ)在所述系統(tǒng)的模擬器定義文件中。
12.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，虛擬控制設(shè)備實(shí)時(shí)地顯示給用戶，所述虛擬控制設(shè)備模仿所述模擬器輸入設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和方向。
13.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，包括被配置成模擬超聲機(jī)器的虛擬超聲機(jī)器。
14.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中，所述掃描容積數(shù)據(jù)能夠被處理，以便表示解剖體的隨時(shí)間變化的改變或作為通過所述輸入設(shè)備施加的力的結(jié)果對解剖體的改變。
15.一種以電子形式的用在超聲模擬系統(tǒng)上的虛擬解剖體，所述虛擬解剖體人為地生成，和/或包括合成解剖體，所述合成解剖體 合并自一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的解剖體；和/或 包括從至少一個(gè)其他解剖體引入的至少一個(gè)部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的虛擬解剖體，其中，所合并的解剖體包括記錄自真實(shí)志愿者掃描的電子數(shù)據(jù)。
17.一種創(chuàng)建用在超聲訓(xùn)練系統(tǒng)上的虛擬掃描容積的方法，所述方法包括以下步驟 i)通過重復(fù)地將多個(gè)2維超聲圖像轉(zhuǎn)換成3維超聲容積以獲得多個(gè)3維超聲容積并且合并所述多個(gè)3維超聲容積來創(chuàng)建第一超聲容積； ii)選擇第二超聲容積的一部分； iii)將所述第二容積的選定部分引入所述第一超聲容積中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，從對不同的源或受驗(yàn)對象(例如具有可變的解剖學(xué)或病理學(xué)的不同的志愿者掃描)的超聲掃描得到所述第一容積和所述第二容積。
19.一種創(chuàng)建用在超聲模擬器系統(tǒng)中的3維(3D)虛擬掃描容積的方法，所述方法包括轉(zhuǎn)換多個(gè)2維超聲掃描或圖像以形成所述3維掃描容積。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述2D掃描由轉(zhuǎn)換工具操縱以將所述2D超聲圖像繪成3D容積，所述容積是從大批2D像素網(wǎng)格創(chuàng)建的3D體素網(wǎng)格。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中，所述2D掃描被合并以建立更大的數(shù)據(jù)集，所述更大的數(shù)據(jù)集通過創(chuàng)建定義哪些像素將被忽略和哪些像素將用于3D虛擬掃描容積的掩模進(jìn)行α混合。
22.一種用于超聲檢查或超聲引導(dǎo)程序中的模擬訓(xùn)練的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，所述訓(xùn)練系統(tǒng)包括 由用戶操作的模擬器輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備是可移動(dòng)的； 用于顯示超聲掃描視像的裝置，所述超聲掃描視像是超聲掃描的圖像或傳真圖像，所述掃描視像是可變的并與所述模擬器輸入設(shè)備的位置和/或方向有關(guān)； 其中 所述系統(tǒng)包括模擬器輸入設(shè)備約束布置以提供對所述輸入設(shè)備的位置移動(dòng)或所需掃描的背景的約束。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)，其中 a)所述系統(tǒng)還包括用于電子地記錄用戶與所述系統(tǒng)交互的方面以允許評(píng)估或測量將產(chǎn)生的用戶表現(xiàn)的裝置；和/或 b)所述超聲掃描視像是由從不同的源得到并且被合并的掃描視像數(shù)據(jù)構(gòu)成的合成圖像；和/或c)所述超聲掃描視像由掃描容積生成，所述掃描容積是通過轉(zhuǎn)換2維超聲掃描或圖像以形成3維掃描容積而創(chuàng)建的3維(3D)掃描容積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于超聲檢查或超聲引導(dǎo)程序中的模擬訓(xùn)練的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)。該訓(xùn)練系統(tǒng)包括由用戶操作的可移動(dòng)的模擬器輸入設(shè)備和用于顯示超聲掃描視像的裝置，所述超聲掃描視像是超聲掃描的圖像或傳真圖像。該掃描視像是可變的并與該模擬器輸入設(shè)備的位置和/或方向有關(guān)。該系統(tǒng)還包括用于顯示第二圖像的裝置，第二圖像是與超聲掃描視圖相關(guān)聯(lián)的身體結(jié)構(gòu)的截層的解剖圖形表示，該截層顯示模擬器輸入設(shè)備的掃描波束平面。超聲掃描視像和第二圖像被鏈接以當(dāng)模擬器輸入設(shè)備的位置和/或方向改變時(shí)以協(xié)調(diào)的方式變化。
文檔編號(hào)G09B23/28GK102834854SQ201180018286
公開日2012年12月19日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者納扎爾·阿姆索, 尼古拉斯·艾維斯, 尼古拉斯·斯利普 申請人:邁達(dá)博有限公司