[0001] 本发明涉及电切镜手术仿真训练技术领域，具体是一种虚拟仿真电切镜手术的训练系统及方法。

[0002] 电切镜包括临床泌尿外科的前列腺电切镜和妇科的宫腔镜电切镜，前列腺电切镜主要用于前列腺腺体组织增生的切除；宫腔镜电切镜主要用于子宫肌瘤、子宫息肉等病变组织的切除，其中手术方法包括：电切术，等离子剜除术，激光治疗以及膀胱肿瘤电切术；更换其他器械如电切针、滚球电极，还可以进行子宫纵膈切开和子宫内膜增生等治疗。电切镜系统主要包括：成像系统、导光光纤、镜体主体、进水出水系统；电切镜组成主要包括工作手件、内鞘、外鞘及器械(电切环)等。

[0003] 电切镜手术的训练可以采用动物或离体实验，还可以采用训练箱模拟训练的方法；训练箱模拟训练多为实物训练，如在苹果内部切开一个通道，模拟切割前列腺，并通过前方的黑色袋子模拟膀胱的位置和功能，将切割下的果肉推入黑色袋子中；还有模拟训练沿橘子果肉和橘子皮之间的间隙剥离等。

[0004] 然而动物或离体实验门槛较高，受人力、物力、场地等限制，不易经常开展，不适合日常开展。另训练箱训练是开放型的，缺少训练设计和训练引导，没有系统设计下的训练规则引导，训练缺少目的性。

[0035] 本发明实施例中，一种虚拟仿真电切镜手术的训练系统，包括预设模型场景单元、模拟系统配置单元、模拟系统引导提示单元、模拟系统操作单元、模拟系统操作效果单元以及模拟系统成绩评价单元；

[0036] 预设模型场景单元用于构建训练场景以及相应的操作对象；

[0037] 模拟系统配置单元用于加载、显示训练场景以及相应的操作对象，并选择仿真手术器械；

[0038] 模拟系统引导提示单元用于提供流程提示、操作提示以及错误提示；

[0039] 模拟系统操作单元用于操作电切镜的仿真器械，在虚拟场景内完成对应手术的操作步骤；

[0040] 所述模拟系统操作效果单元用于展现操作效果；例如切割组织或碰壁时会有力反馈作用，切割时有气泡或电切环通电效果；如割到血管时有出血效果，血流在液体中出现的形态，止血后血液的扩散；如切割后产生残端，断面处有灼烧效果；如膀胱顶部，子宫前壁会有气泡聚集；

[0041] 所述模拟系统成绩评价单元用于在模拟训练结束后自动生成模拟训练成绩评价表。

[0042] 优选的，在预设模型场景单元中，训练场景包括泌尿外科电切镜手术3D模型和妇科电切镜手术3D模型；其中，

[0043] 泌尿外科电切镜手术模型的操作对象包括：尿道及尿道粘膜贴图模块，前列腺及分层组织模块，膀胱以及膀胱三角区、右侧壁、前壁、左侧壁和后壁模块，尿管间嵴和输尿管口模块；其中，前列腺及分层组织模块包括：尿道粘膜、增生层、外科包层以及正常前列腺组织；

[0044] 妇科电切镜手术模型的操作对象包括：宫颈外口、宫颈及宫颈管模块，子宫腔模块，双侧输卵管模块；其中，子宫腔模块包括：子宫内膜层、肌层和浆膜层。

[0045] 优选的，在模拟系统引导提示单元中，

[0046] 流程提示用于根据训练设计，以文字、图形和语音播报的形式展现提供操作流程引导，从而有助于操作者独立完成训练；

[0047] 操作提示用于在训练过程中提供具体的动作提示，如语音播报：请置入内镜检查尿道球部、外括约肌、尿道膜部、精阜或前列腺，操作者执行相应的动作即可。

[0048] 一种虚拟仿真电切镜手术的训练系统的方法，包括以下步骤：

[0049] S1、训练场景和操作对象构建：根据临床人体结构构建训练场景以及相应的操作对象，并根据不同的病例在训练场景中的不同位置设置不同的病灶，如在前列腺及分层组织模块上设置增生；在子宫腔模块的下部设置肌瘤；在子宫内膜层设置息肉；将真实的手术器械与训练场景以及相应的操作对象相关联；具体做法通过导入三角形网格数据后，软件使用基于Delaunay剖分的四面体剖分算法，首先将表面网格转换成四面体体积网格，然后根据医学设置不同层的软组织的弹性模量，刚性系数，受热溶解系数等参数；

[0050] 模拟的方式选择基于拉格朗日乘子的有限元模拟解算器，展示具有不同弹性和硬度的组织的形变效果。

[0051] S2、术前准备及仿真手术器械选择：操作者进入训练系统，并加载训练场景；再根据提示引导进行相关的手术前准备操作，并选择仿真手术器械，如常规内镜、电切镜；设置不同器械的碰撞体，在场景中可以和上述软体进行碰撞交互统一通过S1中的解算器进行解算，从而模拟真实医学场景中器械和软组织的碰撞。

[0052] S3、仿真手术操作：操作者根据引导提示，利用真实的常规内镜进行检查，并通过仿真内镜查看操作对象上病灶位置及形态；操作者再操作真实的电切镜，并通过仿真电切镜的电切环在虚拟场景内切割病灶组织；在软件中通过不同形状的虚拟器械和场景组织进行四面体的布尔运算实现软组织的切割功能，通过虚拟器械和虚拟软组织的碰撞部位和力度来判断电凝，电切等位置的正确性并渲染出血液的扩散效果来表达出和真实场景的一致性，同时向操作者提供仿真的触觉和视觉反馈，同时采集真实手术器械的数据和每个操作动作的数据；对于操作失误则模拟出相应的临床效果，例如切割过深造成子宫出血，子宫穿孔，输尿管口闭锁，膀胱穿孔，动脉出血，从而利于临床教学中做错误演示；如图1所示；

[0053] S4、模拟训练评价：操作者根据引导提示进行开放式的手术模拟操作；系统做实时的操作判断，做实时的操作判断，如果有错误操作和操作失误，会有实时的判断和错误提示，并提示如何解决当前错误，当操作者按顺序完成手术操作流程后，训练系统提示完成模拟训练，操作者退出训练后，系统对每个操作流程进行打分评价，并根据操作情况自动生成模拟训练成绩评价表；操作者可以通过模拟训练成绩评价表查看成绩以及操作记录，判断自己的技术水平是否已经达到手术要求。

[0054] 优选的，在S3步骤中，真实手术器械的数据包括手术器械的位置深度、移动速度、移动方向和移动幅度；并以这些数据判断手术器械移动是否过快、过深，而影响病人安全；以及判断操作者对手术器械的使用是否熟练。

[0055] 优选的，在S3步骤中，操作动作的数据包括切割位置和切割厚度；以判断切割深度是否达到手术要求，是否切到重要组织，切到血管位置是否产生出血。

[0056] 优选的，在S4步骤中，模拟训练成绩评价表包括：是否已按要求切除病灶，是否切到重要组织，是否产生出血，是否已按要求止血，操作过程报错次数，每个操作流程得分以及总得分。

[0057] 优选的，在S4步骤中，模拟训练成绩评价表的生成方法如下：

[0058] S41、通过转换程序将评分表导入系统，建立评分编码与评分数据的一一对应关系，并保存至数据库；

[0059] S42、当进入模拟训练时，自动加载与这个训练相关的评分数据，并在训练过程中记录对应得分的评分编码；

[0060] S43、在结束训练时，根据记录的评分编码，找到该项对应的完整信息，如得分，描述等，生成一个具体的评分结果报告。

[0061] 以上的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。