CN102831289A - 基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其包括工作站，内置有三维标测仿真软件、多导仪仿真软件、导管消融操作仿真软件和X光机仿真软件；通过串口分别与工作站相连的鞘管测量装置、导管测量装置、力反馈装置；以及消融导管、消融导管移动导轨、第一显示器、第二显示器、第三显示器、第四显示器、X光机控制面板、取点脚踏板、删点脚踏板、放电脚踏板、透视脚踏板和电影保存脚踏板等。该模拟器完全模拟了三维电解剖标测***，从而使得医生通过操作该模拟器达到熟练掌握基于CARTO***的心房颤动导管消融手术的目的。

Description

基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器

技术领域

本发明涉及房颤导管心内介入手术训练仿真技术领域，尤其涉及一种基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器。

背景技术

心房颤动（简称房颤），是一种十分常见的持续性心律失常，其发病率约为0.5%～1.0%，且随着年龄增长逐渐增高，在60岁以上的人群中发病率高达6%以上。目前我国约有1500万房颤患者，随着人口老龄化加重，房颤患者数目将持续增加。房颤会带来脑卒中、心衰等并发症，严重影响患者的生活质量甚至危及生命。

在对于房颤诸多治疗方法中，临床表明：采用三维电解剖标测***（即CARTO***）指导下的环肺静脉线性消融，具有疗效好、创伤小、恢复快、花费少、住院时间短等优点；在手术过程中可实时观察导管位置、避免X线透视的二维局限性、减少X线照射时间；在电解剖图帮助下可快速判断房速的类型，消融操作安全、有效，有利于提高消融成功率。

其中，CARTO***是由电磁定位板、消融标测/定位导管、中央信号分配器、CARTO磁/电处理器和计算机工作站构成。手术时，在穿刺针的引导下鞘管先通过下腔静脉到达右心房，再通过房间隔卵圆窝进入到左心房内，之后消融导管沿着鞘管进入到左心房进行标测和消融手术。关于CARTO***的具体结构，请参考上海交通大学出版社出版的，由刘旭、董建增和马长生主编的，名称为《CARTO***临床应用指南》一书。

尽管如此，然而这种心内介入治疗手术风险性高，错误操作会导致极为严重的后果，因此，实习医生在实践中积累经验的机会微乎其微。为了能帮助医生熟练掌握该手术，亟需开发一种基于CARTO***操作习惯的仿真训练***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，以实现基于CARTO***操作习惯的仿真训练，从而达到使得医生能通过操作该模拟器而达到熟练掌握基于CARTO***的心房颤动导管消融手术的目的。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，包括：

工作站，内置有三维标测仿真软件、多导仪仿真软件、导管消融操作仿真软件和X光机仿真软件；

通过串口分别与所述工作站相连的鞘管测量装置、导管测量装置、力反馈装置；以及，

消融导管、适于所述消融导管***的消融导管移动导轨、第一显示器、第二显示器、第三显示器、第四显示器、X光机控制面板、取点脚踏板、删点脚踏板、放电脚踏板、透视脚踏板和电影保存脚踏板；其中：

所述消融导管移动导轨依次贯穿所述鞘管测量装置、所述导管测量装置和所述力反馈装置，且所述消融导管移动导轨分别位于所述鞘管测量装置内、所述导管测量装置内和所述力反馈装置内的部分被截除；

所述导管消融操作仿真软件，用于预先根据病人实际心脏数据构建虚拟心脏及其对应的心电数据作为模拟手术操作对象，并构建用于房颤消融的虚拟消融导管；在仿真训练时，首先，借助于所述第三显示器、所述取点脚踏板和所述删点脚踏板对所述虚拟心脏进行多点采集操作，将每个采集点对应的取点数据发送至所述三维标测仿真软件，其次，在所述三维标测仿真软件构建完成所述虚拟心脏的三维标测模型并找出所述虚拟心脏的房颤位置及类型后，且当操作者手持所述消融导管***所述消融导管移动导轨进行房颤消融模拟时，接收所述鞘管测量装置和所述导管测量装置分别对应实时检测出的所述消融导管的鞘管和导管在所述消融导管移动导轨内的状态变化数据，以及所述放电脚踏板发送的放电指令，根据所述虚拟心脏的房颤位置及类型、所述状态变化数据和所述放电指令同步控制所述虚拟消融导管***所述虚拟心脏进行模拟房颤消融的状态进程，并将该状态进程同步发送至所述三维标测仿真软件；同时，将该状态进程中所述虚拟消融导管与所述虚拟心脏的碰触状态数据反馈给所述力反馈装置，由所述力反馈装置根据所述碰触状态数据生成对应反馈力作用于所述消融导管上；

所述多导仪仿真软件，用于将所述虚拟心脏的心电数据所对应的心电信号实时显示在所述第二显示器上；

所述X光机仿真软件，用于借助于所述第四显示器、所述X光机控制面板、所述透视脚踏板和所述电影保存脚踏板，实现对所述虚拟心脏的X光机成像与控制功能；

所述三维标测仿真软件，用于获取所述导管消融操作仿真软件发送的取点数据，根据该取点数据并借助于所述第一显示器构建所述虚拟心脏的三维标测模型及其对应的心电数据，根据该心电数据找出所述虚拟心脏的房颤位置及类型，并显示在所述第一显示器上供所述操作者在进行房颤消融模拟时查看；当所述操作者手持所述消融导管***所述消融导管移动导轨进行房颤消融模拟时，接收所述导管消融操作仿真软件发送的状态进程，并使所述第一显示器显示的虚拟心脏的三维标测模型的状态变化与所述第三显示器显示的虚拟心脏的状态变化保持同步。

由此可见，本发明的模拟器完全模拟了现有的三维电解剖标测***（即CARTO***），从而使得医生通过操作该模拟器达到熟练掌握基于CARTO***的心房颤动导管消融手术的目的，大大降低了其手术风险。

附图说明

图1为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器的原理图；

图2a为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中力反馈装置的结构示意图；

图2b为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中力反馈装置的电路原理框图；

图3为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中鞘管测量装置和导管测量装置的结构原理示意图；

图4为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中构建虚拟心脏的心电数据时计算有限点心电数据中某一点位置的示意图；

图5a为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中虚拟消融导管的单节点模型示意图；

图5b为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中虚拟消融导管的节点模型示意图；

图5c为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中虚拟消融导管的旋转模型示意图；

图5d为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中虚拟消融导管的打弯模型示意图；

图6为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中导管消融操作仿真软件的软件界面；

图7为本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器中多导仪仿真软件显示的软件界面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器的具体实施方式进行详细描述：

参考图1所示，基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器包括第一工作站、第二工作站、通过串口分别与工作站相连的鞘管测量装置2、导管测量装置3、力反馈装置4；以及，消融导管5、适于消融导管5***的消融导管移动导轨1、第一显示器、第二显示器、第三显示器、第四显示器、X光机控制面板、取点脚踏板、删点脚踏板、放电脚踏板、透视脚踏板和电影保存脚踏板。其中：

消融导管移动导轨1依次贯穿鞘管测量装置2、导管测量装置3和力反馈装置4，且消融导管移动导轨1分别位于鞘管测量装置2内、导管测量装置3内和力反馈装置4内的部分被截除，以避免影响鞘管测量装置2和导管测量装置3的测量。

第一工作站和第二工作站之间通过网络交换机进行通信，第一工作站内置有三维标测仿真软件和多导仪仿真软件，第二工作站内置有导管消融操作仿真软件和X光机仿真软件，第一工作站分别与第一显示器和第二显示器相连，第二工作站分别与串口、第三显示器和第四显示器相连。

在具体实现时，第一工作站、第二工作站、鞘管测量装置、导管测量装置、力反馈装置和消融导管移动导轨可设置于一个箱体内，第一显示器、第二显示器、第三显示器、第四显示器、消融导管5和X光机控制面板设置于箱体的工作台面上，取点脚踏板、删点脚踏板、放电脚踏板、透视脚踏板和电影保存脚踏板设置于箱体下方适于操作者用脚操作的位置，从而使该模拟器与实际的CARTO***操作习惯保持相同。

如图6所示，导管消融操作仿真软件用于预先根据病人实际心脏数据构建虚拟心脏及其对应的心电数据作为模拟手术操作对象，并构建用于房颤消融的虚拟消融导管；在仿真训练时，首先，借助于第三显示器、取点脚踏板和删点脚踏板对虚拟心脏进行多点采集操作，将每个采集点对应的取点数据发送至三维标测仿真软件，其次，在三维标测仿真软件构建完成虚拟心脏的三维标测模型并找出虚拟心脏的房颤位置及类型后，且当操作者手持所述消融导管5***消融导管移动导轨1进行房颤消融模拟时，接收鞘管测量装置2和导管测量装置3分别对应实时检测出的消融导管5的鞘管和导管在消融导管移动导轨1内的状态变化数据，以及放电脚踏板发送的放电指令，根据虚拟心脏的房颤位置及类型、状态变化数据和放电指令同步控制虚拟消融导管***虚拟心脏进行模拟房颤消融的状态进程，并将该状态进程同步发送至三维标测仿真软件；同时，将该状态进程中虚拟消融导管与虚拟心脏的碰触状态数据反馈给力反馈装置4，由力反馈装置4根据碰触状态数据生成对应反馈力作用于消融导管5上。

多导仪仿真软件用于模拟实际CARTO***多导仪实时心电显示功能，将虚拟心脏的心电数据所对应的心电信号实时显示在第二显示器上，其界面如图7所示。

X光机仿真软件用于借助于第四显示器、X光机控制面板、透视脚踏板和电影保存脚踏板，实现对虚拟心脏的X光机成像与控制功能。实际心脏的物质组成主要是血管、腔室内的血液和它们间的心肌纤维。这三种物质的密度不同，当X射线穿过心脏时，对X射线的吸收系数不同图像衰减不同；射线经过的厚度不同，图像衰减也不同；最终所有的衰减叠加，即可得到最后的衰减投影图像。心脏上投影位置和X射线吸收关系可以直观的看到心脏不同位置对X射线的吸收程度不同，它是与X射线在心脏中经过的距离指数相关的。

三维标测仿真软件用于获取导管消融操作仿真软件发送的取点数据，根据该取点数据并借助于第一显示器构建所述虚拟心脏的三维标测模型及其对应的心电数据，根据该心电数据找出虚拟心脏的房颤位置及类型，并显示在第一显示器上供操作者在进行房颤消融模拟时查看；当操作者手持消融导管5***消融导管移动导轨1进行房颤消融模拟时，接收导管消融操作仿真软件发送的状态进程，并使第一显示器显示的虚拟心脏的三维标测模型的状态变化与第三显示器显示的虚拟心脏的状态变化保持同步。

结合图2a和图2b所示，力反馈装置4包括夹持台41，夹持台41夹持有开口向左的U型阻力垫42，消融导管5的导管穿过U型阻力垫42，U型阻力垫42左侧设有电机43，电机43横向固定在一固定台44上且与U型阻力垫42的开口位置对应，固定台44内安装有控制电机43的第二控制器及电机驱动电路（图2a未画出），一压缩弹簧45的左端紧配合套在电机43的转动轴上，压缩弹簧45的右端固定有轻质的夹块46，夹块46的右端安装有轻质的摩擦块47，摩擦块47贴近消融导管5的导管位于U型阻力垫42内的部分，其中，第二控制器用于接收碰触状态数据，并据此生成对应控制信号发送给电机驱动电路以控制电机43的旋转，进而驱动摩擦块47作用于消融导管5的导管位于U型阻力垫42内的部分上。此外，U型阻力垫42右侧与夹持台41之间的间隙内安装有压力传感器48，第二控制器在输出控制信号的同时，接收压力传感器48反馈的压力信号，并根据压力信号动态调整控制信号的输出，以使得压力信号所对应的压力与碰触状态数据中的反馈力匹配。

结合图3所示，鞘管测量装置2和导管测量装置3结构相同，其中，鞘管测量装置2包括激光管6a、凸透镜7a、光电检测器8a和单片机9a，导管测量装置3包括激光管6b、凸透镜7b、光电检测器8b和单片机9b。激光管6a和激光管6b发射的激光照射对应在消融导管5的鞘管或导管上，凸透镜7a和凸透镜7b将鞘管或导管对应反射到其上的反射激光进行放大聚光并输出；光电检测器8a和光电检测器8b连续对应检测凸透镜7a和凸透镜7b输出的聚光后的反射激光，根据该聚光后的反射激光对应获取鞘管和导管的点阵图像，对应对比鞘管和导管前后相邻两帧的点阵图像得到鞘管和导管的相对位移变化数据。单片机9a和单片机9b通过SPI接口从光电检测器8a和光电检测器8b接收相对位移变化数据，根据相对位移变化数据对应解析求出鞘管和导管在其位移方向上的位移点阵数，并最终单片机9b通过串口将位移点阵数发送至第二工作站。

本实施例的模拟器中，上述的根据病人实际心脏数据构建虚拟心脏及其对应的心电数据，具体如下：

一、虚拟心脏的几何模型构建

在CARTO***中涉及三个心脏模型：一个是病人实际心脏；一个是根据病人CT医学图像重建的心脏三维几何模型（下文称CT心脏几何模型）；第三个是三维标测时根据消融导管在病人心脏内取点，建立的心脏三维标测模型（下文称心脏标测模型）。后两个心脏模型都是计算机生成的，采用三角面片表达，但CT心脏几何模型在存储时保存为顶点-面片数据文件，显示时直接读取该文件进行显示；心脏标测模型没有直接存储文件，只是显示时根据标测点数据实时按照三角剖分算法创建表面模型。心脏标测模型实时反映了手术时病人心脏的形态，该模型与CT心脏几何模型融合比较，可以检查手术时取点分布是否均匀合理，指导医生取点，进而精确手术定位。

根据CARTO***的特点，在本实施例的模拟器中同样需要三个心脏模型，与实际CARTO***不同的是，在本实施例的模拟器中需要对病人实际心脏进行仿真，模拟出一个虚拟手术操作对象；其他两个心脏用途、构建方法与CARTO***相同。有两种方法构建虚拟心脏的几何模型：①利用CARTO***已重建好的与病人实际心脏匹配的CT心脏几何模型，做进一步的处理得到；②利用病人CT医学数据，采用图像分割-三维重建的方法，提取并重建虚拟心脏模型。第二种方法需要大量的计算且算法编程实现复杂，效果不好，而CARTO***经过多年的研究、工程化及商业化，其对CT医学图像分割-提取-重建相当成熟，其重建的CT心脏几何模型相当准确。本实施例采用第一种方法在CARTO***的CT心脏几何模型数据（11788个顶点、23572个面片）的基础上根据虚拟手术交互操作实时性要求做面片消减处理，得到与CT心脏几何模型及标测点坐标系一致的虚拟心脏的几何模型，消减后的模型有2695个顶点、4713个面片。

二、虚拟心脏的心电数据构建

结合图4所示，首先根据虚拟消融导管的大头位置在虚拟心脏的几何模型中寻找距离CARTO***中保存的病人实际心脏的有限点心电数据中的某一点位置（即P）最近的四个点（即P₁、P₂、P₃、P₄）；

在由四个点（即P₁、P₂、P₃、P₄）的互联构成的两个对角线方向上寻找激动时间差最大的方向，则该方向（如P₁P₃）为有限点心电数据中的某一点位置的心电传导方向；

然后在该心电传导方向所对应的对角线上根据如下距离线性插值公式求得该位置的激动时间LAT及心电信号；

${\mathrm{LAT}}_P={\mathrm{LAT}}_{P1}+\frac{({\mathrm{LAT}}_{P3}-{\mathrm{LAT}}_{P1})}{L_{\mathrm{PP}1}+L_{\mathrm{PP}3}}{L}_{\mathrm{PP}1}$

其中，LAT_P为P点位置的激动时间LAT，LAT_P1和LAT_P3分别对应为P₁和P₃点的激动时间LAT，L_PP1、L_PP2和L_PP3分别为P点到P₁、P₂和P₃点的距离，其中，心电信号是根据心电传导方向和激动时间LAT，对P1点的波形或P3点的波形作平移获得，平移量为P点与P1点或与P3点的激动时间差。

从而，依据上述步骤构建有限点心电数据中的其他点位置的心电数据。

本实施例的模拟器中，上述构建房颤消融的虚拟消融导管中，采用离散化的质量-弹簧模型算法表示其计算模型，并采用中心线轨迹扫描法构建其可视三角面片模型，具体如下：

虚拟消融导管的计算模型为：导管前端打弯段由N个节点（X₀,X₁,…,X_N-1）组成，如图5a和图5b所示；导管主体根据导管相对鞘管伸出的长度由可变数量的节点组成，导管主体初始节点数为不超过L/λ_max的整数M，其中L为鞘管长度，λ_max为导管节点之间完全伸展开后的最大距离；节点之间连接着一个长度为λ的弹簧，每个节点包含一个弯曲法向量e及弯曲角度θ，如图5d所示，从而实现导管的变形计算。

导管前端节点之间设定最小距离λ_min，导管平移前进时先均匀伸长前端节点之间的距离，当前端节点之间的距离都伸长到最大值时，再增加导管主体节点中没有达到最大距离的节点，再前进时增加导管主体节点数。后撤导管时先缩小导管主体节点距离，再删节点，当主体节点数减为M时，再均匀缩小前端节点之间距离。

旋转时位置与法向量均绕主轴旋转，以节点X_i+1绕轴X_i-1X_i旋转δ_i度为例说明：弯曲角度θ_i保持不变，法向量e_i、X_i+1均绕轴X_i-1X_i旋转，得到新的法向量e′_i、X′_i+1，如图5c所示，旋转过程可用公式表示：

$\left\{\begin{array}{c}{n}_d={(n_x,n_y,n_z)}^T=(X_i-X_{i-1})/\left|\right|X_i-X_{i-1}\left|\right|\\ e_i^{\′}=R(n_d,{\mathrm{\δ}}_i)e_i\\ X_{i+1}^{\′}=X_i+R(n_d,{\mathrm{\δ}}_i)(X_{i+1}-X_i)\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中：R(n_d,δ_i)为旋转矩阵，T为向量或矩阵转置符号，下面使用R(n,θ)来表示R(n_d,δ_i)的计算方法。

$R(n,\mathrm{\θ})=\left[\begin{array}{ccc}{n}_x^2(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))+\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& n_x{n}_y(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))-n_z\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& n_x{n}_z(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))+n_y\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ n_x{n}_y(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))+n_z\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& n_y^2(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))+\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& n_y{n}_z(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))-n_x\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ n_x{n}_z(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))-n_y\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& n_y{n}_z(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))+n_x\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& n_z^2(1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right))+\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]$

导管打弯/松弯会直接引起弯曲角度θ的变化，同时各节点的位置、法向量也会跟着发生变化。打弯段各个节点对应弯曲角度分别为θ₁,θ₂,…,θ_N，总的弯曲角度

设打弯量为ΔL∈[0,ΔL_max]，导管弯曲角度θ与打弯量ΔL之间的关系如下式表示：

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{\mathrm{\ΔL}}{{\mathrm{\ΔL}}_{\max }}A$

在实际消融操作手术过程中消融导管与病人实际心脏内壁接触后，消融导管与心脏内壁之间产生接触力，心脏组织阻止导管继续向前运动，医生感知到该接触力的存在后判断出导管已与心脏接触，调整导管的运动方向，避免导管穿透心脏而发生医疗事故。在本实施中，通过碰撞检测及处理算法来实现虚拟消融导管与虚拟心脏之间的接触判断与处理。本实施采用OBB包围盒碰撞检测算法判断出哪些三角面片接触，在此基础上采用三角面片之间及线段与三角面片相交计算方法，计算接触位置和接触深度，进而计算虚拟接触力。

本实施例的模拟器中，上述的根据取点数据构建虚拟心脏的三维标测模型，具体为：

首先，采用三角面片生成算法中的VTK集成的点***法，该方法三角生成思路简单，容易实现，执行效率较高，对数据分布无限制。VTK集成的点***法为：先生成离散点的外凸多边形，然后内部用三角形分割，判断其余的点分别落在哪个三角形内，以该点为顶点，把所在的三角形一分为三，直到所有的点都***为止，然后调用局部优化算法（即将当前生成的三维标测模型与虚拟心脏比较，判断是否匹配，如果不匹配继续取更多的离散点），直到把三角网调整到最优（当前生成的三维标测模型与虚拟心脏匹配），从而构成心腔三维结构。

其次，采用网格平滑算法中的简单高效的Luplaeian平滑算法将心腔三维结构进行平滑处理而得到虚拟心脏的三维标测模型。该算法将网格中的每个顶点移向其周围邻域重心的位置，它使顶点向网格内部移动，起到抑制噪声的效果，同时也产生一定的收缩效应；另外，也使顶点沿切向向长边一侧移动，使顶点分布区域均匀，起到网格形状优化的效果。对于网格中的第i个顶点v_i及其一阶邻域中的点v_j(j∈i^*，i^*表示v_i的星形邻域，即v_i与v_j通过边(i，j)相连)，离散LuPlacian算子可以用下式来描述。

${\mathrm{\Δv}}_i=\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{ij}}(v_j-v_i)$

其中w_ij为权重，其有多种选择方式，最简单的一种是取相等权重，即w_ij＝1/n(j∈i^*)，其中n为邻域中顶点的个数。也可采用v_i与vv_j距离的倒数为权重，即w_ij＝||v_j-v_i||^-1。每次迭代完成后，顶点坐标的更新通过下式来完成，其中λ为权重，取值在0到1之间，可以控制网格平滑的速度v_i＝v_i+λΔv_i。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，包括：

工作站，内置有三维标测仿真软件、多导仪仿真软件、导管消融操作仿真软件和X光机仿真软件；

通过串口分别与所述工作站相连的鞘管测量装置（2）、导管测量装置（3）、力反馈装置（4）；以及，

消融导管（5）、适于所述消融导管（5）***的消融导管移动导轨（1）、第一显示器、第二显示器、第三显示器、第四显示器、X光机控制面板、取点脚踏板、删点脚踏板、放电脚踏板、透视脚踏板和电影保存脚踏板；其中：

所述消融导管移动导轨（1）依次贯穿所述鞘管测量装置（2）、所述导管测量装置（3）和所述力反馈装置（4），且所述消融导管移动导轨（1）分别位于所述鞘管测量装置（2）内、所述导管测量装置（3）内和所述力反馈装置（4）内的部分被截除；

所述导管消融操作仿真软件，用于预先根据病人实际心脏数据构建虚拟心脏及其对应的心电数据作为模拟手术操作对象，并构建用于房颤消融的虚拟消融导管；在仿真训练时，首先，借助于所述第三显示器、所述取点脚踏板和所述删点脚踏板对所述虚拟心脏进行多点采集操作，将每个采集点对应的取点数据发送至所述三维标测仿真软件，其次，在所述三维标测仿真软件构建完成所述虚拟心脏的三维标测模型并找出所述虚拟心脏的房颤位置及类型后，且当操作者手持所述消融导管（5）***所述消融导管移动导轨（1）进行房颤消融模拟时，接收所述鞘管测量装置（2）和所述导管测量装置（3）分别对应实时检测出的所述消融导管（5）的鞘管和导管在所述消融导管移动导轨（1）内的状态变化数据，以及所述放电脚踏板发送的放电指令，根据所述虚拟心脏的房颤位置及类型、所述状态变化数据和所述放电指令同步控制所述虚拟消融导管***所述虚拟心脏进行模拟房颤消融的状态进程，并将该状态进程同步发送至所述三维标测仿真软件；同时，将该状态进程中所述虚拟消融导管与所述虚拟心脏的碰触状态数据反馈给所述力反馈装置（4），由所述力反馈装置（4）根据所述碰触状态数据生成对应反馈力作用于所述消融导管（5）上；

所述多导仪仿真软件，用于将所述虚拟心脏的心电数据所对应的心电信号实时显示在所述第二显示器上；

所述X光机仿真软件，用于借助于所述第四显示器、所述X光机控制面板、所述透视脚踏板和所述电影保存脚踏板，实现对所述虚拟心脏的X光机成像与控制功能；

所述三维标测仿真软件，用于获取所述导管消融操作仿真软件发送的取点数据，根据该取点数据并借助于所述第一显示器构建所述虚拟心脏的三维标测模型及其对应的心电数据，根据该心电数据找出所述虚拟心脏的房颤位置及类型，并显示在所述第一显示器上供所述操作者在进行房颤消融模拟时查看；当所述操作者手持所述消融导管（5）***所述消融导管移动导轨（1）进行房颤消融模拟时，接收所述导管消融操作仿真软件发送的状态进程，并使所述第一显示器显示的虚拟心脏的三维标测模型的状态变化与所述第三显示器显示的虚拟心脏的状态变化保持同步。

2.根据权利要求1所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，所述鞘管测量装置（2）和所述导管测量装置（3）结构相同，其包括：

激光管（6a、6b），其发射的激光照射在所述消融导管（5）的鞘管或导管上；

凸透镜（7a、7b），其将所述鞘管或导管反射到其上的反射激光进行放大聚光并输出；

光电检测器（8a、8b），其连续检测所述凸透镜（7a、7b）输出的聚光后的反射激光，根据该聚光后的反射激光获取所述鞘管或导管的点阵图像，对比所述鞘管或导管前后相邻两帧的点阵图像得到所述鞘管或导管的相对位移变化数据；

第一控制器（9a、9b），其通过SPI接口从所述光电检测器（8a、8b）接收相对位移变化数据，根据相对位移变化数据解析求出所述鞘管或导管在其位移方向上的位移点阵数，并通过串口将所述位移点阵数发送至所述工作站。

3.根据权利要求2所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，所述力反馈装置（4）包括夹持台（41），所述夹持台（41）夹持有开口向左的U型阻力垫（42），所述消融导管（5）的导管穿过所述U型阻力垫（42），所述U型阻力垫（42）左侧设有电机（43），所述电机（43）横向固定在一固定台（44）上且与所述U型阻力垫（42）的开口位置对应，所述固定台（44）内安装有控制所述电机（43）的第二控制器及电机驱动电路，一压缩弹簧（45）的左端紧配合套在所述电机（43）的转动轴上，所述压缩弹簧（45）的右端固定有轻质的夹块（46），所述夹块（46）的右端安装有轻质的摩擦块（47），所述摩擦块（47）贴近所述消融导管（5）的导管位于所述U型阻力垫（42）内的部分，其中：

所述第二控制器，用于接收所述碰触状态数据，并据此生成对应控制信号发送给所述电机驱动电路以控制所述电机（43）的旋转，进而驱动所述摩擦块（47）作用于所述消融导管（5）的导管位于所述U型阻力垫（42）内的部分上。

4.根据权利要求3所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，所述U型阻力垫（42）右侧与所述夹持台（41）之间的间隙内安装有压力传感器（48），所述第二控制器在输出所述控制信号的同时，接收所述压力传感器（48）反馈的压力信号，并根据所述压力信号动态调整所述控制信号的输出，以使得所述压力信号所对应的压力与所述碰触状态数据中的反馈力匹配。

5.根据权利要求4所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，所述根据病人实际心脏数据构建虚拟心脏及其对应的心电数据，具体为：

将三维电解剖标测***中已重建好的所述病人实际心脏的CT心脏几何模型作为所述虚拟心脏的几何模型；

根据所述虚拟消融导管的大头位置在所述虚拟心脏的几何模型中寻找距离所述三维电解剖标测***中保存的所述病人实际心脏的有限点心电数据中的某一点位置最近的四个点；

在由所述四个点的互联构成的两个对角线方向上寻找激动时间差最大的方向，则该方向为所述有限点心电数据中的某一点位置的心电传导方向；

然后在该心电传导方向所对应的对角线上根据距离线性插值求得该位置的激动时间及心电信号；

依据上述步骤构建所述有限点心电数据中的其他点位置的心电数据。

6.根据权利要求5所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，所述根据取点数据构建虚拟心脏的三维标测模型，具体为：

根据三角面片生成算法将所述取点数据中的采样点连接起来生成与所述虚拟心脏对应的心腔三维结构；

根据网格平滑算法将所述心腔三维结构进行平滑处理而得到所述虚拟心脏的三维标测模型。

7.根据权利要求6所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，采用离散化的质量-弹簧模型算法表示所述虚拟消融导管的计算模型，并采用中心线轨迹扫描法构建其可视三角面片模型。

8.根据权利要求7所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，所述工作站包括第一工作站和第二工作站，他们之间通过网络交换机进行通信，所述三维标测仿真软件和所述多导仪仿真软件设置于所述第一工作站内，所述导管消融操作仿真软件、所述X光机仿真软件设置于所述第二工作站内，所述第一工作站分别与所述第一显示器和所述第二显示器相连，所述第二工作站分别与所述串口、所述第三显示器和所述第四显示器相连。

9.根据权利要求8所述的基于三维电解剖标测***的心房颤动导管消融模拟器，其特征在于，所述第一工作站、所述第二工作站、所述鞘管测量装置（2）、所述导管测量装置（3）、所述力反馈装置（4）和所述消融导管移动导轨（1）设置于一个箱体内，所述第一显示器、所述第二显示器、所述第三显示器、所述第四显示器、所述消融导管（5）和所述X光机控制面板设置于所述箱体的工作台面上，所述取点脚踏板、所述删点脚踏板、所述放电脚踏板、所述透视脚踏板和所述电影保存脚踏板设置于所述箱体下方适于操作者用脚操作的位置。

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