CN111429776B - 一种眼科手术操作的培训方法、***及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗手术技术领域，具体涉及眼科手术操作的培训方法及***。该方法及***接收操作者包括具体操作类型的手术培训请求；基于操作类型调出操作对象；采集或计算操作权重参数σ；当操作权重参数为σ＝1时，对操作对象执行教师教学模式操作，并记录教学模式的教学操作数据；当操作权重参数为σ＝0时，对操作对象执行学员自主模式操作，并记录自主模式的自主操作数据；当操作权重参数为0<σ<1时，对操作对象执行学员学习模式操作，并记录学习模式的学习操作数据，本发明眼科手术操作的培训方法及***能够智能地调节眼科手术培训过程中的教师对学员的指导权重，提高手术培训效果。
Description
技术领域
本发明涉及医疗手术技术领域，具体而言，涉及一种眼科手术操作的培训方法、***及终端设备。
背景技术
手术培训***是近年来医学培训技术领域的研究热点。通过使学员在培训上进行虚拟手术操作，可以有效提高学员对于某些医学操作的熟练度，节约医疗培训的费用和时间。
眼科是人类重要的器官，但由于其结构复杂、操作空间有限，因此眼科手术往往需要极为精细的操作，眼科医生的培训难度也要难于常规手术。目前全国的眼科医生中能够开展精细内眼手术很少，眼科医生资源十分匮乏，国内眼部疾病的治疗受到极大限制。一直以来，如果能够更有效、更快地培训能够进行精细眼部手术的医生是行业内十分关注的问题。
例如一种现有的眼角膜手术培训***，使学员可以进行虚拟的眼角膜手术培训，该***中采用力传感器采集力的信息，而且教师和学员操作数据仅能在双方操作后进行对比；或是一种现有的眼角膜智能手术培训***，培训人员通过AR眼镜实时获取手术目标对象和其使用的手术器械情况，该***仅能使学员对自身的操作感受更精确；或是一种现有的脊柱微创手术培训***，该***侧重于使学员感受到自身操作中的力反馈，从而对于目标有更精准的定位。以上现有的眼科类的培训***都无法让学员在操作过程中真实、同步地感受教师进行相同操作过程中的位置和力信息，导致无法实现更加精细的眼科培训。
发明内容
本发明实施例提供了一种眼科手术操作的培训方法及装置，以至少解决现有眼科培训***的眼科培训精确度不高的技术问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种眼科手术操作的培训方法，所述方法包括以下步骤：
接收手术培训请求，所述手术培训请求包括操作类型；
基于所述操作类型调出操作对象；
采集操作权重参数σ；
当所述操作权重参数为σ＝1时，对所述操作对象执行教师教学模式操作，并记录所述教学模式的教学操作数据；
当所述操作权重参数为σ＝0时，对所述操作对象执行学员自主模式操作，并记录所述自主模式的自主操作数据；
当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学员学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据。
可选地，所述当所述操作权重参数为σ＝1时，对所述操作对象执行教师教学模式操作，并记录所述教学模式的教学操作数据的步骤，具体包括：
教师操作主机操作器械，主机控制单元生成主机操作器械的主机控制量um0(t)；从机控制单元在双向控制策略下，生成对应从机操作器械的从机控制量us0(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作。
教学模式下所述主机控制量um0(t)以及从机控制量us0(t)表示为：
其中，Xm0(t)、Xs0(t)分别为教师操作时的主机位置响应和从机位置响应；fh0(t)、fe0(t)分别为教师对主机操作器械的作用力和环境对从机操作器械的作用力；Cpm(t)、Cfm(t)分别为主机位置控制器、主机力控制器；Cps(t)、Cfs(t)分别为从机位置控制器、从机力控制器。Xs0(t)-Xm0(t)为主机和从机位置响应的差值，fh0(t)+fe0(t)相当于教师对操作器械的力和环境对操作器械的合外力；
***存储教师通过所述主机操作器械输入的标准操作数据，作为学员操作时的教学操作数据；
可选地，所述当所述操作权重参数为σ＝0时，对所述操作对象执行学员自主模式操作，并记录所述自主模式的自主操作数据的步骤，具体包括：
学员操作主机操作器械，主机控制单元生成主机操作器械的主机控制量um1(t)；从机控制单元在双向控制策略下，生成对应从机操作器械的从机控制量us1(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作。
自主模式下所述主机控制量um1(t)以及从机控制量us1(t)表示为：
其中，Xm1(t)、Xs1(t)分别为学员操作时的主机位置响应和从机位置响应；fh1(t)、fe1(t)分别为学员对主机操作器械的作用力和环境对从机操作器械的作用力；Xs1(t)-Xm1(t)为主机和从机位置响应的差值，fh1(t)+fe1(t)相当于学员对操作器械的力和环境对操作器械的合外力；
***存储学员通过所述主机操作器械输入的自主操作数据，作为日后数据对比。
可选地，所述当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学员学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据的步骤，具体包括：
学员操作主机操作器械，主机控制单元结合***存储的教学操作数据生成主机操作器械的主机控制量um(t)；从机控制单元在双向控制策略下，结合***存储的教学操作数据生成对应从机操作器械的从机控制量us(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作。
所述主机控制量um(t)以及从机控制量us(t)表示为：
主机控制单元和从机控制单元根据所述操作权重参数σ分别按比例分配主机控制量um(t)和从机控制量us(t)中教师、学员操作所占权重，进而调整学习模式下教师对学员的指导程度，可以使学员从完全按照教师指导进行操作到逐步地完成自主操作。
可选地，所述操作权重参数由操作者通过***的操作权重参数调节按钮进行设置，人为地在***软件内进行设置，或者***自动地根据之前的操作效果进行调整。
具体地，所述操作权重参数σ根据操作效果指标M动态调整其调整关系表示为：
σ＝k*M；
其中，k为一个预设的比例系数，且k＞0。
可选地，所述操作效果指标M表示为：
其中，Xs0(t)为教师实际操作过程中从机的位置响应，Xs1(t)为学员实际操作过程中从机的位置响应，T为眼科手术培训操作的总时间，n为学员眼科手术培训操作次数。
为教师实际操作过程中从机的位置响应和学员实际操作过程中从机的位置响应之差的积分，反映出教师和学员操作位置响应之差的总和。
为教师和学员操作过程中环境对从机操作器械的作用力之差的积分，反映出作用力之差的总和。
可选地，在所述接收手术培训请求，所述手术培训请求包括操作类型的步骤之前，所述方法还包括：
判断手术操作的培训***是否存在故障；
若所述手术操作的培训***存在故障，则对所述手术操作的培训***进行故障修复工作；
若所述手术操作的培训***不存在故障，则执行所述接收手术培训请求的步骤。
可选地，在所述当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据的步骤之后，所述方法还包括：
接收数据查询请求，其中，所述数据查询请求可以为教学操作、自主操作或学习操作中的一项或多项；
输出与所述查询请求相对应的所述教学操作数据、自主操作数据或学习操作数据中的一项或多项。
本发明的实施例的第二方面提供了一种眼科手术操作的培训***，所述培训***包括：
接收单元，用于接收手术培训请求，所述手术培训请求包括操作类型，基于所述操作类型调出眼科手术操作对象；
权重参数采集单元，用于采集操作权重参数σ；
当所述操作权重参数为σ＝1时，对所述操作对象执行教学模式操作，并记录所述教学模式的教学操作数据；
当所述操作权重参数为σ＝0时，对所述操作对象执行自主模式操作，并记录所述自主模式的自主操作数据；
当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据。
本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现上述第一方面提及的方法。
本发明实施例中的眼科手术操作的培训方法及***，通过接收手术培训请求，手术培训请求包括操作类型；基于操作类型调出操作对象；采集操作权重参数σ；当操作权重参数为σ＝1时，教师能够对操作对象执行教学模式操作，并记录教学模式的教学操作数据，以供后续学员的需求进行参考学习；当操作权重参数为σ＝0时，学员能够对操作对象执行自主模式操作，不受教师操作的影响，自主进行学习，并记录自主模式的自主操作数据，便于后续学员进行查错或修改；当操作权重参数为0＜σ＜1时，学员能够对操作对象执行学习模式操作，可以接受不同程度的教师操作的影响，进行操作学习，并记录学习模式的学习操作数据，便于后续学员进行查错或修改，本发明眼科手术操作的培训方法及***能够提高眼科手术培训让学员接受到不同程度的教师操作的影响的自主操作学习，还能够直观体验教师的“手把手”精确教学操作，从而能够提高眼科手术培训的精确度。
附图说明
图1为本发明眼科手术操作的培训方法的流程图；
图2为本发明眼科手术操作的培训方法的故障自检的流程图；
图3为本发明眼科手术操作的培训方法的数据查询的流程图；
图4为本发明眼科手术操作的培训***的示意图；
图5为本发明眼科手术操作的培训***的实施例的操作流程示意图；
图6为本发明眼科手术操作的培训***的实施例的人机互动示意图；
图中，1-显示器；2-主机培训***；21-主机控制单元；22-主机传感器单元；23-主机通讯单元；24-主机操作器械；3-从机培训***；31-从机控制单元；32-从机传感器单元；33-从机通讯单元；34-从机操作器械；35-操作对象；4-总控制台；41-***处理单元；42-***通讯单元；43-操作权重参数调节按钮；44-电源单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
根据本发明一实施例，提供了一种眼科手术操作的培训方法，参见图1，包括以下步骤：
S1：接收手术培训请求，手术培训请求包括操作类型。
在本实施例中，手术培训请求是根据操作者的实际应用需求输入的眼科手术操作的功能模式的选择请求；操作类型具体可以是教学模式、自主模式或学习模式所对应的眼科手术类型等，还可以是其他类型，此处不作具体限制。
具体地，可以通过显示器等培训***的客户端，接收由操作者输入的手术培训请求，基于该手术培训请求，直接获取该手术培训请求中携带的操作类型，以便后续根据该操作类型进行快速反应，能够在一定程度上保证该眼科手术操作的培训效率。
S2：基于操作类型调出操作对象。
具体地，根据步骤S1中获取的操作类型，可以快速获取该操作类型对应的操作对象；其中，操作对象具体可以是人造眼球等眼科手术操作对象，用于保证操作者对眼科手术操作的“真实”体验感，以及保证操作者在进行眼科手术操作的培训的有效性，能够在一定程度上通过眼科手术操作的培训的精确度。
S3：采集操作权重参数σ。
在本实施例中，操作权重参数σ是用于在操作过程中通过该调节操作权重参数，来调整眼科手术操作的培训过程中教师对学员操作的指导程度。
具体地，采集操作权重参数σ，具有可以是根据操作者输入的操作权重参数的具体数值来进行获取，还可以根据之前的几次操作效果自动计算，也可以是通过其他方式来采集，此处不作具体限制。
S4：当操作权重参数为σ＝1时，对操作对象执行教学模式操作，并记录教学模式的教学操作数据。
具体地，当操作权重参数为σ＝1时，可以理解当前培训***有教师进行操作，教师可以根据步骤S1中输入的手术培训请求，获取到相应的的操作对象，进而，教师可以对该操作对象执行教学模式操作，如教师进行某个眼科手术的标准操作，同时，该培训***会对该教师执行的该教学模式进行全程的数据记录，以便于后续教师或学员的查询，或指导学员在学习模式下的操作。
S5：当操作权重参数为σ＝0时，对操作对象执行自主模式操作，并记录自主模式的自主操作数据。
具体地，当操作权重参数为σ＝0时，可以理解当前培训***为学员进行自主学习操作，学员可以根据步骤S1中输入的手术培训请求，获取到相应的操作对象，由于，根据步骤S3可知，操作权重参数σ是用于在操作过程中通过该调节操作权重参数，来调整眼科手术操作的培训过程中教师对学员操作的指导程度的，因此，当操作权重参数为σ＝0时，可以理解为学员在不受到教师操作的影响的情况下，可以对自由该操作对象执行自主模式操作，如学员自主进行某个眼科手术的自主操作，同时，该培训***会对该学员执行的该自主模式进行全程的数据记录，以便于后续学员进行的查错或修改，能够在一定程度上保证眼科手术操作的培训精确度。
S6：当操作权重参数为0＜σ＜1时，对操作对象执行学习模式操作，并记录学习模式的学习操作数据。
具体地，当操作权重参数为0＜σ＜1时，可以理解当前培训***为学员进行学习操作，学员可以根据步骤S1中输入的手术培训请求，获取到相应的操作对象，同理，根据步骤S3可知，当操作权重参数为0＜σ＜1时，可以理解为学员在受到教师操作的不同程度指导的情况下，可以对该操作对象执行学习模式操作，如学员在参考教师操作的情况下，并承受不同程度的教师操作的影响下进行某个眼科手术的学习操作，同时，该培训***会对该学员执行的该学习模式进行全程的数据记录，以便于后续学员进行的查错或修改，能够在一定程度上保证眼科手术操作的培训精确度。
本发明实施例中的眼科手术操作的培训方法，通过接收手术培训请求，手术培训请求包括操作类型；基于操作类型调出操作对象；采集操作权重参数σ；当操作权重参数为σ＝1时，教师能够对操作对象执行教学模式操作，并记录教学模式的教学操作数据，以供后续学员的需求进行参考学习；当操作权重参数为σ＝0时，学员能够对操作对象执行自主模式操作，不受教师操作的影响，自主进行学习，并记录自主模式的自主操作数据，便于后续学员进行查错或修改；当操作权重参数为0＜σ＜1时，学员能够对操作对象执行学习模式操作，可以接受不同程度的教师操作的指导，进行操作学习，并记录学习模式的学习操作数据，便于后续学员进行查错或修改，本发明眼科手术操作的培训方法能够提高眼科手术培训让学员接受到不同程度的教师操作的影响的自主操作学习，还能够直观体验教师的“手把手”精确教学操作，从而能够提高眼科手术培训的精确度。
作为优选的技术方案中，当操作权重参数为σ＝1时，对操作对象执行教师教学模式操作，并记录教学模式的教学操作数据的步骤，具体包括：
S401：教师操作主机操作器械，主机控制单元生成主机操作器械的主机控制量um0(t)；从机控制单元在双向控制策略下，生成对应从机操作器械的从机控制量us0(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作，教学模式下所述主机控制量um0(t)以及从机控制量us0(t)表示为：
其中，Xm0(t)、Xs0(t)分别为教师操作时的主机位置响应和从机位置响应；fh0(t)、fe0(t)分别为教师对主机操作器械的作用力和环境对从机操作器械的作用力；Cpm(t)、Cfm(t)分别为主机位置控制器、主机力控制器；Cps(t)、Cfs(t)分别为从机位置控制器、从机力控制器。Xs0(t)-Xm0(t)为主机和从机位置响应的差值，fh0(t)+fe0(t)相当于教师对操作器械的力和环境对操作器械的合外力。
具体地，调整主机操作器械的主机控制量um0(t)以及从机操作器械的从机控制量us0(t)，可以使得主机操作器械准确完成教师的教学模式的相关操作，即操作权重参数σ＝1时，教师能够进行某个眼科手术的标准操作，操作过程中实时存储其操作过程中的位置、速度、加速度等运动信息以及教师对主机操作器械的作用力fh0(t)、环境对从机操作器械的作用力fe0(t)的力信息，能够在一定程度上保证眼科手术操作的培训精确度。
***存储教师通过所述主机操作器械输入的标准操作数据，作为学员操作时的教学操作数据。
具体地，接收教师通过主机操作器械输入的标准操作数据具体是获取并记录教师在主机操作器械上执行的教学操作过程，如在眼科培训***上对某一眼科手术进行标准操作的所涉及的每一项数据，即标准操作数据。
需要说明的是，本实施例是提供的基于双向控制的眼科培训方法，以使从机操作器械进行和主机操作器械相同的眼科手术操作，从而从机操作器械能够基于标准操作数据对操作对象进行手术操作。
具体地，从机操作器械基于标准操作数据对操作对象进行手术操作具体可以是根据在步骤S402中接收到的标准操作数据，从机操作器械能够基于标准操作数据，对操作对象执行和主机操作器械相同的手术操作，能够在一定程度上实现一比一的手术操作复刻，能够提供后续学员进行教师“手把手”的教学体验，能够在一定程度上提高眼科手术操作的培训精确度。
将标准操作数据作为教学操作数据具体是通过将步骤S402中教师通过主机操作器械输入的标准操作数据的具体过程，以及步骤S403执行的从机操作器械基于标准操作数据对操作对象进行手术操作的具体过程进行全程的数据记录，以保证该教学操作数据的完整性和全面性，以供后续教师或学员的查询，或学员的参考学习。
在本实施例中，通过调整主机操作器械的主机控制量um0(t)以及从机操作器械的从机控制量us0(t)，并在调整后，接收教师通过主机操作器械输入的标准操作数据，然后，从机操作器械基于标准操作数据对操作对象进行手术操作，并将标准操作数据作为教学操作数据，能够保证主机操作器械准确完成教师的教学模式的相关操作，进而实现对标准操作数据的准确执行和记录，能够保证对标准操作数据的准确性和完整性，供后续教师或学员的查询，或学员的参考学习，从而在一定程度上保证眼科手术操作的培训精确度。
作为优选的技术方案中，当操作权重参数为σ＝0时，对操作对象执行学员自主模式操作，并记录自主模式的自主操作数据的步骤，具体包括：
S501：学员操作主机操作器械，主机控制单元生成主机操作器械的主机控制量um1(t)；从机控制单元在双向控制策略下，生成对应从机操作器械的从机控制量us1(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作；自主模式下所述主机控制量um1(t)以及从机控制量us1(t)表示为：
其中，Xm1(t)、Xs1(t)分别为学员操作时的主机位置响应和从机位置响应；fh1(t)、fe1(t)分别为学员对主机操作器械的作用力和环境对从机操作器械的作用力；Xs1(t)-Xm1(t)为主机和从机位置响应的差值，fh1(t)+fe1(t)相当于学员对操作器械的力和环境对操作器械的合外力。
具体地，调整主机操作器械的主机控制量um1(t)以及从机操作器械的从机控制量us1(t)，可以使得从机操作器械准确完成学员的自主模式的相关操作，即操作权重参数σ＝0时，学员在不受教师操作的影响下，能够自主进行某个眼科手术的培训操作。
具体地，接收学员通过从机操作器械输入的自由操作数据具体是获取并记录学员不受教师操作的影响下，在从机操作器械上执行的自主操作过程，如学员在眼科培训***的从机操作器械上，不参考教师的教学操作模式的记录，对某一眼科手术的操作对象进行自主操作的所涉及的每一项数据，即自由操作数据。从机操作器械基于自由操作数据对操作对象进行手术操作具体可以是根据在步骤S502中接收到的自由操作数据，从机操作器械能够基于自由操作数据，能够在不受主机操作器械影响的情况下，对操作对象执行自主的手术操作，能够实现眼科操作培训完全由学员自主控制，能够在一定程度上提高眼科手术操作的培训效率。
进一步地，将自由操作数据作为自主操作数据具体是通过将步骤S502中学员通过从机操作器械输入的自由操作数据的具体过程，以及步骤S503执行的从机操作器械基于自由操作数据对操作对象进行手术操作的具体过程进行全程的数据记录，以保证该自主操作数据的完整性和全面性，以供后续学员及时准确的查错和修改。
在本实施例中，通过调整主机操作器械的主机控制量um1(t)以及从机操作器械的从机控制量us1(t)，并在调整后，接收学员通过从机操作器械输入的自由操作数据，然后，学员能够通过从机操作器械基于自由操作数据对操作对象进行手术操作，并将自由操作数据作为自主操作数据，能够保证从机操作器械在不受主机操作器械的影响下，准确完成学员的自主模式的相关操作，进而实现对自主操作数据的准确执行和记录，能够保证对自主操作数据的准确性和完整性，供后续学员及时准确的查错和修改，从而在一定程度上保证眼科手术操作的培训精确度。
作为优选的技术方案中，当操作权重参数为0＜σ＜1时，对操作对象执行学习模式操作，并记录学习模式的学习操作数据的步骤，具体包括：
学员操作主机操作器械，主机控制单元结合***存储的教学操作数据生成主机操作器械的主机控制量um(t)；从机控制单元在双向控制策略下，结合***存储的教学操作数据生成对应从机操作器械的从机控制量us(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作；
所述主机控制量um(t)以及从机控制量us(t)表示为
主机控制单元和从机控制单元根据所述操作权重参数σ分别按比例分配主机控制量um(t)和从机控制量us(t)中教师、学员操作所占权重，进而调整学习模式下教师对学员的指导程度，可以使学员从完全按照教师指导进行操作到逐步地完成自主操作。
需要说明的是，由于本实施例提供的培训***的实际操作过程中是通过加入教师的相关操作信息，并且教师操作在整个操作过程中的参与度是通过操作权重参数σ进行调节的，因此，学员在进行学习模式的眼科操作培训时，***主机控制量um(t)和从机控制量us(t)可以由上述公式进行表示。
具体地，操作权重参数满足0≤σ≤1；当操作权重参数σ＝1时，可以理解为整个操作过程完全按照教师的教学模式操作完成，即使学员手持手术操作器械，其操作力也无法作用到***中，学员可以真实地在教师“手把手”的教学下感受相应操作的位置、力特征；当操作权重参数σ＝0时，眼科操作培训完全由学员控制，教师的操作不再体现到实际操作过程中，当时0＜σ＜1，根据操作权重参数的不同，学员操作过程中可以不同程度地感受教师操作过程中的位置和力特征，从而在一定程度上提高眼科手术操作的培训的实用性和精确度，并在一定程度上提高眼科手术操作的培训工作效率。
接收学员通过从机操作器械输入的学员操作数据具体是获取并记录学员受到不同程度的教师操作的影响下，在从机操作器械上执行的学习操作过程，如学员在眼科培训***的从机操作器械上，参考教师的教学操作模式的记录，并受到不同程度的操作影响下，对某一眼科手术的操作对象进行学习操作的所涉及的每一项数据，即学员操作数据。
在本实施例中，实际操作数据是学员以基于操作权重参数σ，获取到的教学操作数据为参考依据，可以理解为学员的学员操作数据受到该操作权重参数σ对应的教师操作的影响程度的情况下生成的实际数据，即实际操作数据。
基于操作权重参数σ获取与学员操作数据以及教学操作数据相对应的实际操作数据，并基于实际操作数据对操作对象进行手术操作具体可以是根据在步骤S602中接收到的学员操作数据，获取基于操作权重参数σ所对应的实际操作数据，并依据该实际操作数据对操作对象执行手术操作，能够学员体验不同教师操作影响程度下的学习模式，有助于提高学员的眼科手术操作的能力，能够在一定程度上提高眼科手术操作的培训效率和有效性。
将学员操作数据作为学习操作数据具体是通过将步骤S602中学员通过从机操作器械输入的学员操作数据的具体过程，以及步骤S603执行的从机操作器械基于操作权重参数σ获取与学员操作数据以及教学操作数据相对应的实际操作数据，并基于实际操作数据对操作对象进行手术操作的具体过程进行全程的数据记录，以保证该学习操作数据的完整性和全面性，以供后续学员及时准确的查错和修改，有助于提高学员的眼科手术操作的能力。
本实施例，通过调整***主机控制量um(t)和从机控制量us(t)，在调整后，接收学员通过从机操作器械输入的学员操作数据，然后，学员能够通过从机操作器械基于操作权重参数σ获取与学员操作数据以及教学操作数据相对应的实际操作数据，并基于实际操作数据对操作对象进行手术操作，并将学员操作数据作为学习操作数据，能够保证是学员在从机操作器械上体验受到不同程度的主机操作器械操作的影响下，进行眼科手术操作的培训，还能够实现对学习操作数据的准确执行和记录，能够保证对自主操作数据的准确性和完整性，以供后续学员及时准确的查错和修改，有助于提高学员的眼科手术操作的能力，从而在一定程度上提高眼科手术操作的培训效率和有效性。
作为优选的技术方案中，所述操作权重参数由操作者通过***的操作权重参数调节按钮进行设置，人为地在***软件内进行设置，或者***自动地根据之前的操作效果进行调整。该方法还包括：基于操作效果指标M动态调整操作权重参数σ，操作权重参数σ表示为：
σ＝k*M；
其中，k为一个预设的比例系数，且k＞0。
需要说明的是，调节操作权重参数时，具体可以是采用两种方式，一种是通过培训***采用手术操作效果指标自动调节操作权重参数；另一种是通过培训***的总控制台的操作权重参数调节按钮调整操作权重参数。
具体地，本实施例采用操作效果指标M动态调整操作权重参数σ；其中，操作效果指标M具体可以选为和位置偏差、速度偏差、加速度偏差、力偏差相关的函数。
作为优选的技术方案中，操作效果指标M表示为：
其中，Xs0(t)为教师实际操作过程中从机的位置响应，Xs1(t)为学员实际操作过程中从机的位置响应，T为眼科手术培训操作的总时间，n为学员眼科手术培训操作次数。
为教师实际操作过程中从机的位置响应和学员实际操作过程中从机的位置响应之差的积分，反映出教师和学员操作位置响应之差的总和。
为教师和学员操作过程中环境对从机操作器械的作用力之差的积分，反映出作用力之差的总和。
具体地，本实施例根据操作效果指标来自动调节操作权重参数，其中，操作效果指标M与操作权重参数σ呈正比关系，可以理解为当操作效果指标M越大时，操作权重参数σ越大，即学员操作效果较差时操作过程提高教师操作参与度，使教师能够更好地“手把手”将操作过程的位置、力信息指导给学员；操作效果指标M越小时，操作权重参数σ越小，即当学员操作越来越熟练后，教师在操作过程中的参与度越小；当操作效果指标M→0时，操作权重参数σ→0，即学员可以复现教师的操作。
作为优选的技术方案中，参见图2，该方法还包括：
S7：判断手术操作的培训***是否存在故障。
具体地，在培训***开机之后，通过判断手术操作的培训***是否存在故障，能够保证手术操作的培训进行的稳定性和及时性，保证手术操作的培训的工作效率。
进一步地，判断手术操作的培训***是否存在故障具体可以是通过获取该手术操作的培训***的所有运作单元的运作信号，进行每个信号的故障排查，以保证故障检测的效率和准确性，还可以是通过其他频道方式，此处不作具体限制。
S8：若手术操作的培训***存在故障，则对手术操作的培训***进行故障修复工作。
具体地，若手术操作的培训***存在故障，则对手术操作的培训***进行故障修复工作，即可以理解为暂时不能进行相关的眼科手术操作培训，对手术操作的培训***进行故障修复工作具体可以是，根据该培训***中预设的修复方案对检测到的故障进行自动修复；也可以是向管理人员发送故障提示，以使管理人员根据该故障提示及时对故障进行修复，以保证培训***的及时运作；还可以采用其他故障修复方式，此处不作具体限制。
S9：若手术操作的培训***不存在故障，则执行接收手术培训请求的步骤。
具体地，若手术操作的培训***不存在故障，则执行接收手术培训请求的步骤，即可以理解为当前该培训***运行正常无故障，可以随时进行相关的眼科手术操作培训，即执行接收手术培训请求的步骤，以保证眼科手术操作的培训的及时进行，能够在一定程度上保证眼科手术操作的培训的工作效率和精确度。
作为优选的技术方案中，参见图3，该方法还包括：
S10：接收数据查询请求，其中，数据查询请求可以为教学操作、自主操作或学习操作中的一项或多项。
具体地，接收数据查询请求是根据不同的操作者的实际查询需要输入的查询请求，该数据查询请求可以根据不同的操作者，如教师或学员，生成为教学操作、自主操作或学习操作中的一项或多项的查询需求。
S11：输出与查询请求相对应的教学操作数据、自主操作数据或学习操作数据中的一项或多项。
具体地，根据步骤S10中接收的查询请求，在***中直接调取与该查询请求相对应的教学操作数据、自主操作数据或学习操作数据中的一项或多项的数据内容，并展示给查询请求的操作者。
在本实施例中，通过接收数据查询请求，并输出与查询请求相对应的教学操作数据、自主操作数据或学习操作数据中的一项或多项，其中，对于教师而言，操作中可以感受到从机的位置信息和力反馈信息，同时通过数据查询，可以在准确获取眼科操作过程中操作图像及视频、主机和从机的位置、速度、加速度以及作用力等信息，使得操作更加精细。对于学员而言，既能通过计算出的操作效果指标，自动调节操作权重参数，或者通过手术熟练程度手动调节操作权重参数来进行眼科手术操作，还能让学员操作过程中可以感受到从机的位置和力反馈，以及教师的位置和力信息，同时，通过数据查询，可以及时准确地获取眼科操作过程中操作图像及视频、主机和从机的位置、速度、加速度以及作用力等信息，使得学员能随时把握自己的操作过程，迅速地提升独立操作眼科手术的能力，更好的完成培训。
实施例2
根据本发明的另一实施例，提供了一种眼科手术操作的培训***，参见图4至图6，包括：
显示器1、总控制台4、主机培训***2和从机培训***3；其中，
主机培训***2包括主机控制单元21、主机传感器单元22、主机通讯单元23和主机操作器械24，用于手术操作过程中主机的数据的采集、处理、传输和存储。
在本实施例中，显示器1可实时显示眼科手术操作的培训过程中操作图像及视频，以及主机操作器械和从机操作器械的位置、速度、加速度以及作用力等信息。
在本实施例中，主机培训***2包括主机控制单元21、主机传感器单元22、主机通讯单元23和主机操作器械24；其中，主机控制单元21具体可以是由ARM或者DSP等构成，用于实现眼科手术操作的培训过程中主机的数据存储和处理功能；主机传感器单元22由运动传感器(位置传感器、速度传感器和加速度传感器等)和力传感器(力传感器、力矩传感器等)中的一种或几种排列组合构成；主机通讯单元23承担着建立起总控制台4和主机培训***2、从机培训***3三者之间信息和数据传输的作用；操作者通过主机操作器械24进行眼科手术操作。
具体地，眼科手术操作的培训过程中，通过主机培训***2的运动传感器(位置传感器、速度传感器和加速度传感器等)实时测量眼科手术操作的培训过程中的主机操作器械24的运动信息(位置、速度、加速度等)的信息；进而主机培训***2的力传感器(力传感器、力矩传感器等)实时测量眼科手术操作的培训过程中的主机操作器械24的力信息(力、力矩等)的信息，并通过主机通讯单元23传到从机控制单元33和***处理单元41中，以完成操作者在主机培训***2上的操作。
从机培训***3包括从机控制单元31、从机传感器单元32、从机通讯单元33和从机操作器械34，用于手术操作过程中从机的数据的采集、处理、传输和存储。
在本实施例中，从机培训***3包括从机控制单元31、从机传感器单元32、从机通讯单元33和从机操作器械34；其中，从机控制单元31具体可以由ARM或者DSP等构成，用于实现眼科手术操作的培训过程中从机的数据存储和处理功能；从机传感器单元32由运动传感器(位置传感器、速度传感器和加速度传感器等)和力传感器(力传感器、力矩传感器等)中的一种或几种排列组合构成；从机通讯单元33承担着建立起总控制台4和主机培训***2、从机培训***3三者之间信息和数据传输的作用；从机操作器械34执行和主机操作器械24相同的眼科手术操作，从而在从机培训***3对操作对象进行眼科手术。
具体地，在眼科手术操作的培训过程中，通过从机培训***3的运动传感器(位置传感器、速度传感器和加速度传感器等)实时测量眼科手术培训操作过程中的主机操作器械24的运动信息(位置、速度、加速度等)的信息，从机培训***3的力传感器(力传感器、力矩传感器等)实时测量眼科手术培训操作过程中的从机操作器械34的力信息(力、力矩等)的信息，并通过从机通讯单元33传到主机控制单元23和***处理单元41中，以完成操作者在从机培训***3上的操作。
作为优选的技术方案中，总控制台4包括***处理单元41、***通讯单元42、电源单元44和操作权重参数调节按钮43，用于控制整个培训***的运作。
具体地，总控制台4包括***处理单元41、***通讯单元42、电源单元44和操作权重参数调节按钮43；其中，***处理单元41由ARM、DSP或者工控机等构成，用于实现眼科手术操作的培训***的数据存储、手术操作选择、操作权重设置等功能；***通讯单元42承担着建立起总控制台4和主机培训***2、从机培训***3三者之间信息和数据传输的作用；电源单元44为眼科手术操作的培训***提供电源；操作权重参数调节按钮43可以对手术操作过程中教师操作权重进行调节。
本发明实施例中的眼科手术操作的培训***，通过显示器1接收手术培训请求，手术培训请求包括操作类型；然后，从机培训***3基于操作类型调出操作对象；总控制台4采集操作权重参数σ；当操作权重参数为σ＝1时，教师能够在主机培训***2上对操作对象执行教学模式操作，并记录教学模式的教学操作数据，以供后续学员的需求进行参考学习；当操作权重参数为σ＝0时，学员能够在从机培训***3上对操作对象执行自主模式操作，不受教师操作的影响，自主进行学习，并记录自主模式的自主操作数据，便于后续学员进行查错或修改；当操作权重参数为0＜σ＜1时，学员能够在从机培训***3对操作对象执行学习模式操作，可以接受不同程度的教师操作的影响，进行操作学习，并记录学习模式的学习操作数据，便于后续学员进行查错或修改，本发明眼科手术操作的培训***能够提高眼科手术培训让学员接受到不同程度的教师操作的影响的自主操作学习，还能够直观体验教师的“手把手”精确教学操作，从而能够提高眼科手术培训的精确度。
与现有的眼科培训***相比，本发明眼科手术操作的培训方法及***的优点在于：
1.本发明提供的眼科手术操作的培训方法及***引入了操作权重参数，可以在操作过程中通过调节操作权重参数调整培训过程中教师对学员操作的指导程度；调节操作权重参数相当于教师对学员进行不同程度的指导，学员不仅能够跟随教师的操作记录来操作某个眼科手术，而且能够独立的完成各项眼科手术操作；这使得学员对自己的操作效果有清楚的了解，眼科手术培训操作的效果更加显著；同时，本发明中操作权重参数可由操作效果指标自动调整，也可由学员通过操作权重参数调节按钮43手动调整，自动调整时，操作效果指标基于学员操作次数和精度计算出；
2.本发明提供的基于双向控制的眼科手术操作的培训***能够精确地记录每次手术操作时的位置、速度、加速度以及作用力等信息。能够让学员在操作过程中真实、同步地体验到教师操作过程中的位置、力等多维运动信息，使眼科培训过程更为真实有效、可以更快、更有效地培训出进行精细眼部手术的医生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种眼科手术操作的培训方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
接收手术培训请求，所述手术培训请求包括操作类型；
基于所述操作类型调出操作对象；
采集操作权重参数σ；
当所述操作权重参数为σ＝1时，对所述操作对象执行教师教学模式操作，并记录所述教学模式的教学操作数据；
当所述操作权重参数为σ＝0时，对所述操作对象执行学员自主模式操作，并记录所述自主模式的自主操作数据；
当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学员学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据；
其中：
所述当所述操作权重参数为σ＝1时，对所述操作对象执行教师教学模式操作，并记录所述教学模式的教学操作数据的步骤，具体包括：
教师操作主机操作器械，主机控制单元生成主机操作器械的主机控制量um0(t)；从机控制单元在双向控制策略下，生成对应从机操作器械的从机控制量us0(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作；
教学模式下所述主机控制量um0(t)以及从机控制量us0(t)表示为：
其中，Xm0(t)、Xs0(t)分别为教师操作时的主机位置响应和从机位置响应；fh0(t)、fe0(t)分别为教师对主机操作器械的作用力和环境对从机操作器械的作用力；Cpm(t)、Cfm(t)分别为主机位置控制器、主机力控制器；Cps(t)、Cfs(t)分别为从机位置控制器、从机力控制器；Xs0(t)-Xm0(t)为主机和从机位置响应的差值，fh0(t)+fe0(t)相当于教师对操作器械的力和环境对操作器械的合外力；
***存储教师通过所述主机操作器械输入的标准操作数据，作为学员操作时的教学操作数据；
所述当所述操作权重参数为σ＝0时，对所述操作对象执行学员自主模式操作，并记录所述自主模式的自主操作数据的步骤，具体包括：
学员操作从机操作器械，主机控制单元生成主机操作器械的主机控制量um1(t)；从机控制单元在双向控制策略下，生成对应从机操作器械的从机控制量us1(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作；
自主模式下所述主机控制量um1(t)以及从机控制量us1(t)表示为：
其中，Xm1(t)、Xs1(t)分别为学员操作时的主机位置响应和从机位置响应；fh1(t)、fe1(t)分别为学员对主机操作器械的作用力和环境对从机操作器械的作用力；Xs1(t)-Xm1(t)为主机和从机位置响应的差值，fh1(t)+fe1(t)相当于学员对操作器械的力和环境对操作器械的合外力；
***存储学员通过所述主机操作器械输入的自主操作数据，作为日后数据对比；
所述当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学员学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据的步骤，具体包括：
学员操作主机操作器械，主机控制单元结合***存储的教学操作数据生成主机操作器械的主机控制量um(t)；从机控制单元在双向控制策略下，结合***存储的教学操作数据生成对应从机操作器械的从机控制量us(t)，控制从机操作器械完成与主机操作器械相同或成比例的动作；
所述主机控制量um(t)以及从机控制量us(t)表示为：
主机控制单元和从机控制单元根据所述操作权重参数σ分别按比例分配主机控制量um(t)和从机控制量us(t)中教师、学员操作所占权重，进而调整学习模式下教师对学员的指导程度，可以使学员从完全按照教师指导进行操作到逐步地完成自主操作。
2.如权利要求1所述的眼科手术操作的培训方法，其特征在于，所述操作权重参数由操作者通过***的操作权重参数调节按钮进行设置，人为地在***软件内进行设置，或者***自动地根据之前的操作效果进行调整；
具体地，所述操作权重参数σ根据操作效果指标M动态调整其调整关系表示为：
σ＝k*M；
其中，k为一个预设的比例系数，且k＞0。
3.如权利要求2所述的眼科手术操作的培训方法，其特征在于，所述操作效果指标M表示为：
其中，Xs0(t)为教师实际操作过程中从机的位置响应，Xs1(t)为学员实际操作过程中从机的位置响应，T为眼科手术培训操作的总时间，n为学员眼科手术培训操作次数；
为教师实际操作过程中从机的位置响应和学员实际操作过程中从机的位置响应之差的积分，反映出教师和学员操作位置响应之差的总和； 
为教师和学员操作过程中环境对从机操作器械的作用力之差的积分，反映出作用力之差的总和。
4.如权利要求1所述的眼科手术操作的培训方法，其特征在于，在所述接收手术培训请求，所述手术培训请求包括操作类型的步骤之前，所述方法还包括：
判断手术操作的培训***是否存在故障；
若所述手术操作的培训***存在故障，则对所述手术操作的培训***进行故障修复工作；
若所述手术操作的培训***不存在故障，则执行所述接收手术培训请求的步骤。
5.如权利要求1所述的眼科手术操作的培训方法，其特征在于，在所述当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据的步骤之后，所述方法还包括：
接收数据查询请求，其中，所述数据查询请求可以为教学操作、自主操作或学习操作中的一项或多项；
输出与所述查询请求相对应的所述教学操作数据、自主操作数据或学习操作数据中的一项或多项。
6.一种利用权利要求1所述眼科手术操作的培训方法的眼科手术操作的培训***，其特征在于，所述培训***包括：
接收单元，用于接收手术培训请求，所述手术培训请求包括操作类型，基于所述操作类型调出眼科手术操作对象；
权重参数采集单元，用于采集操作权重参数σ；
当所述操作权重参数为σ＝1时，对所述操作对象执行教学模式操作，并记录所述教学模式的教学操作数据；
当所述操作权重参数为σ＝0时，对所述操作对象执行自主模式操作，并记录所述自主模式的自主操作数据；
当所述操作权重参数为0＜σ＜1时，对所述操作对象执行学习模式操作，并记录所述学习模式的学习操作数据。
7.一种终端设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
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