CN113454695A - 患者特定心血管模拟装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种外科手术模拟装置，该外科手术模拟装置允许包括外科医生和成像专家的结构性心脏病(SHD)团队使用患者特定模型来执行模拟的心脏介入手术，该患者特定模型复制有待手术的特定患者的生物力学特性和回声特性。该外科手术模拟装置可以包括具有箱的站台，该箱用于接收具有患者特定模型的患者特定药筒。该装置还可包括站台中的食道通路***和耦接到站台的通路端口的脉管通路***。

Description

患者特定心血管模拟装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月20日提交的名称为“患者特定心血管模拟装置”的美国临时专利申请号62/734，223的权益和优先权，出于所有目的通过引用将其公开内容全文并入本文。

技术领域

本公开涉及模拟装置，并且更具体地，涉及患者特定心血管模拟装置。

背景技术

心脏病是现代世界死亡率和发病率的主要原因。近来已经引入了许多微创疗法(例如经皮或经导管介入)用于治疗结构性心脏病(SHD)。然而，目前，SHD团队计划和实践心导管***术实验室环境中的任何结构性心脏介入的机会和工具是有限的。

发明内容

公开了一种模拟装置，该模拟装置模仿用于训练和规划介入性心脏病学手术的心血管解剖学结构。该模拟装置可以包括框架和多材料患者特定心脏模型，该多材料患者特定心脏模型具有精确的生物力学特性和可变的回声材料。可变的回声材料在超声成像上可以是可见的，其视觉方面接近于生物组织的视觉方面。

根据本公开的一些方面，公开了一种外科手术模拟装置，该外科手术模拟装置包括患者特定药筒，该患者特定药筒包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型，患者特定模型包括被配置为模仿患者的心脏的该部分的解剖学形状和机械行为的至少一部分、站台、箱、食道通路***以及脉管通路***；站台具有壳体；箱被形成在该壳体中并且被配置为接收该患者特定药筒；食道通路***在壳体上的食道通路端口与箱中的第一端口之间的壳体内延伸；脉管通路***包括第一端和第二端，第一端具有脉管通路端口，第二端被配置成流体地耦接到箱中的第二端口。

根据本公开的其他方面，提供了一种用于外科手术模拟器装置的患者特定药筒，患者特定药筒包括：患者独立框架以及患者特定心脏模型，患者独立框架具有第一开口、第二开口和第三开口。患者特定心脏模型包括：右心房、左心房和隔膜、上腔静脉接口部分、下腔静脉接口部分以及上肺静脉接口部分。左心房和隔膜具有与患者的左心房和隔膜的机械特性和解剖学形状特性相对应的机械特性和解剖学形状特性；上腔静脉接口部分偏离患者的上腔静脉的解剖学形状，并且在右心房与患者独立框架中的第一开口之间延伸；下腔静脉接口部分偏离患者的下腔静脉的解剖学形状并且在右心房与患者独立框架中的第二开口之间延伸；上肺静脉接口部分偏离患者的肺静脉的解剖学形状，并且在左心房和患者独立框架中的第三开口之间延伸。

根据本公开的其他方面，提供了一种外科手术模拟装置，该外科手术模拟装置包括：站台、箱、食道通路***、脉管通路***以及脊柱阴影模拟卡，站台具有壳体；箱被形成在壳体中并且被配置成接收患者特定药筒，患者特定药筒包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型，其中箱包括底壁，底壁具有形成箱的底表面的第一表面和相对的第二表面；食道通路***在壳体上的食道通路端口与箱中的第一端口之间、在壳体内延伸；脉管通路***包括第一端和第二端，第一端具有脉管通路端口，第二端被配置为流体地耦接至箱中的第二端口；脊柱阴影模拟卡被设置在邻近箱的底壁的相对的第二表面的壳体内。

根据本公开的其他方面，提供了一种方法，该方法包括：设置外科手术模拟装置，外科手术模拟装置具有站台、箱以及脉管通路***，站台具有壳体，箱形成在壳体中，脉管通路***被耦接至壳体；在箱中设置患者特定药筒，患者特定药筒包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型；将成像装置从壳体上的食道通路端口穿过壳体内的食道通路***、穿过箱中的第一端口、***患者特定药筒下方的箱的底表面中的凹部中；以及，将手术元件从脉管通路***的脉管通路端口、穿过脉管通路***的主腔管、经由箱中的第二端口***患者特定模型的一部分中。

根据本公开的其他方面，提供了一种外科手术模拟装置，该外科手术模拟装置包括：患者特定药筒、站台、外科手术通路***以及成像通路***，患者特定药筒复制特定患者的器官的解剖学特征和声学特征；站台包括箱，箱被配置成接收患者特定药筒；外科手术通路***耦接到站台并且包括管腔，管腔从外科手术通路端口延伸到用于箱的通路端口，管腔被配置成模拟普通患者的血管；成像通路***在站台内从成像通路端口延伸至箱，成像通路***包括管腔，管腔被配置成模拟普通患者内的成像通路路径。

根据本公开方面，成像通路***模仿普通患者的食道，并且提供对经食道超声心动图探针的通路。

应当理解，通过本公开，本主题技术的各种配置对于本领域技术人员将变得显然，其中，通过图示的方式示出和描述本主题技术的各种配置。如将认识到的，本主题技术能够具有其他和不同的配置，并且其若干细节能够在各种其他方面进行修改，所有这些都不脱离本主题技术的范围。因此，发明内容、附图和详细描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的。

附图说明

当结合以下附图考虑时，通过参考以下详细说明，将更充分地理解本公开的上述和相关目的、特征和优点，在附图中：

图1示出了根据本公开方面的可以用物理模拟器装置模拟的不同介入性心脏手术。

图2示出了根据本公开方面的包括物理模拟器装置的示例性导管***术(Cath)实验室。

图3示出了根据本公开方面的覆盖在患者代表上的物理模拟器装置。

图4示出了用于各种手术的经房间隔穿刺的心脏的隔膜上的各种位置。

图5A和图5B示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的进一步细节。

图6示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的透视图。

图7示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的站台的侧剖视图。

图8示出根据本公开方面的物理模拟器装置的站台的侧视图，其与患者的表示对准并覆盖在患者代表上。

图9示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的食道通路***的侧剖视图。

图10示出根据本公开方面的物理模拟器装置的站台的侧剖视图。

图11示出了根据本公开方面的包括患者特定药筒的物理模拟器装置的侧视图。

图12示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的管腔的横截面端视图。

图13示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的食道通路***的一部分的透视图。

图14示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的一部分的俯视图。

图15A和图15B示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的脉管通路装置的分解透视图和透视图。

图16A和图16B示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的脉管通路装置的侧视图和俯视图。

图17示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的俯视剖视图。

图18示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的站台的通路端口的透视图。

图19示出了根据本公开方面的图18的通路端口的通孔。

图20示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的站台的壳体的透视图。

图21示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的站台的壳体的另一透视图。

图22示出了根据本公开方面的用于物理模拟器装置的站台的箱的隔音涂层。

图23示出了根据本公开方面的在物理模拟器装置的箱中具有和不具有隔音涂层获得的超声图像。

图24示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的站台的箱的侧剖视图。

图25示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的患者特定药筒的透视图。

图26A和图26B示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的另一患者特定药筒的透视图和俯视图。

图27示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的患者特定药筒的患者特定模型的卵形窝的特征。

图28示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的箱中的患者特定模型的超声图像，其可使用布置在物理模拟器装置的箱中的超声装置来获得。

图29示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的患者特定药筒的患者特定模型的左心耳。

图30示出了根据本公开方面的可通过物理模拟器装置的患者特定药筒的患者特定模型建模的患者心脏的一部分。

图31示出了根据本公开方面的具有患者独立框架的患者特定药筒的透视图。

图32示出了根据本公开方面的用于患者特定药筒的患者独立框架的透视图。

图33示出了根据本公开方面的具有耦接到患者独立框架的患者特定模型的患者特定药筒的透视图。

图34示出了根据本公开方面的具有耦接到患者独立框架的另一个患者特定模型的患者特定药筒的另一个透视图。

图35示出了根据本公开方面的患者特定模型。

图36示出了根据本公开方面的耦接到各种不同的患者特定模型的患者特定药筒的患者独立框架的另一个透视图。

图37示出了根据本公开方面的用于耦接到患者独立框架的患者特定模型的耦接部分。

图38A和图38B分别示出了根据本公开方面的用于耦接到患者独立框架的患者特定模型的未对准的患者部分和相应的耦接部分。

图39示出了根据本公开方面的用于耦接到患者独立框架的患者特定模型的未对准的患者部分和相应的耦接部分的另一个示例。

图40示出了根据本公开方面的用于制造耦接到患者独立框架的患者特定心脏模型的过程的不同方面。

图41示出了根据本公开方面的在患者心脏的一部分中的外科手术器械的荧光透视图像。

图42示出了根据本公开方面的在患者心脏的患者特定模型中的外科手术器械的荧光透视图像。

图43示出了根据本公开方面的患者心脏的患者特定模型的壁的一部分的剖视图。

图44示出了根据本公开方面的患者心脏的患者特定模型的涂层壁的一部分的剖视图。

图45示出了根据本公开方面的用于将x射线反应性材料注射到患者心脏的患者特定模型的壁中的过程。

图46示出了根据本公开方面的脊柱阴影卡的透视图。

图47示出了根据本公开方面的具有脊柱阴影卡的物理模拟器装置的站台的侧视图。

图48示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的流体流动***的示意图。

图49示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的另一流体流动***的示意图。

图50示出了根据本公开方面的物理模拟器装置的流体加热***的示意图。

图51示出了根据本公开方面的用于物理模拟器装置的辅助流体加热器的透视图。

图52示出了根据本公开方面的用于物理模拟器装置的辅助流体加热器的安装构件的剖视图。

图53A示出了根据本公开方面的用于物理模拟器装置的另一辅助流体加热器的透视图。

图53B示出了根据本公开方面的图53A的辅助流体加热器的安装部分的剖视图。

图53C示出了根据本公开方面的图53A的辅助流体加热器的安装部分和加热元件的剖视图。

图54示出了根据本公开方面的用于物理模拟器装置的冲洗***的透视图。

图55和图56示出了根据本公开方面的用于耦接到图54的冲洗***的物理模拟器装置的流体流动***的一部分的相应的打开和闭合布置的示意图。

图57示出了根据本公开方面的用于耦接到图54的冲洗***的物理模拟器装置的流体流动***的Y形管的剖视图。

图58示出了根据本公开方面的在安装物理模拟器装置的站台的箱内期间的患者特定药筒的示意性侧视图。

图59示出了根据本公开方面的安装在物理模拟器装置的站台的箱中的患者特定药筒的示意性侧视图。

图60示出了根据本公开方面的患者特定药筒的框架上的固定构件的示意性透视图。

图61示出了根据本公开方面的在站台的箱的侧壁上的固定构件的示意性透视图。

图62示出了根据本公开方面的站台的箱侧壁上的固定构件与患者特定药筒的框架的对应固定构件之间的固定相互作用的示意性侧视图。

图63示出了根据本公开方面的站台的箱的通路端口与患者特定药筒的框架的远侧支撑件之间的固定相互作用的示意性侧视图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的全面理解。然而，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，本公开的实施例可以在没有一些具体细节的情况下实践。在其他实例中，没有详细示出公知的结构和技术，以免混淆本公开。

介入性心脏病学家将荧光透视法作为主要工具工作以用于实时引导基于导管的治疗。由于对跳动的心脏进行结构性心脏病(SHD)的介入，所以采用除了外科医生的直接目视检查之外的手段对相关结构的可视化是至关重要的。用三维经食道超声心动图(TEE)进行的心脏成像的进展已被证明在展示复杂的心脏形态和进行必要的预介入精确测量方面以计划和定制经皮治疗特别有用。

虚拟模拟器和物理模拟器在行为可能影响患者治疗效果之前提供手术培训的机会，从而使患者在新手操作者期间免受风险。当与传统的学徒模式相比时，模拟器的使用还减少培训时间并且促进更结构化的、全面的技能获得。然而，现有的用于培训和/或规划的模拟装置不能再现现实的生物力学行为和/或在视觉方面接近生物组织的超声成像上不可见。

因此，需要一种能够帮助培训和规划结构性心脏病介入的物理模拟器装置，其能够以机械精确的方式复制心血管壁与外科手术工具之间的相互作用(例如，摩擦力、反馈力等)，并且以在视觉方面接近生物组织的超声成像上可见的方式。

在过去的几年中，结构性心脏病(SHD)的关心度已经猛增，主要由采用经导管主动脉瓣置换术、二尖瓣介入术和经导管左心耳封堵术。

使用专门设计的导管、引导件、护套和植入工具来执行结构性心脏介入。例如，图1示出了2016Mayo

图形的一部分，该图形示出了所执行的八种结构性心脏介入(标记为A-H)，部分地，通过将这些专门设计的导管、引导件、护套和植入工具中的一个或更多个从下腔静脉110***患者心脏100的右心房101中，然后通过隔膜112经由经房间隔穿刺通路左心房102。如图1所示，可以执行这些介入来操纵和/或解决左心房102与左心室104、肺静脉114和/或左心耳116(作为示例)之间的二尖瓣问题。

为了执行成功的介入(例如，图1中所示类型的介入)而不引起任何伤害，必须以高精度使用这些工具。例如，对于不同的手术，可以在隔膜112上的不同位置处形成经房间隔穿刺。由于这个和其他原因，SHD介入很复杂，并且许多指南建议多学科SHD团队实施而不是单个人。SHD团队通常由心脏病专家和心脏介入专家、心脏外科医生、心血管成像专家、麻醉师和专业护士组成。介入专家的行动很大程度上取决于成像专家提供的图像，成像专家进而需要知道与介入专家相关的结构以及哪种观点指导手术是最佳的。在超声心动图和荧光透视成像上同时识别结构很复杂并且易于误传。

本文公开的***和方法提供了用于SHD手术的培训和规划工具，例如图1中所示的那些，其能够更好地辅助介入性心脏病手术的培训和术前规划。例如，公开了一种物理模拟装置，该物理模拟装置可精确地复制特定患者的解剖学结构和心脏壁机械行为，并且当使用超声成像成像时，生成具有视觉方面的图像，这些视觉方面接近在超声成像下的患者的相应生物组织的相应视觉方面。如下文将进一步详细描述的，物理模拟器装置可包括站台，该站台包括具有箱的壳体、在壳体内的食道通路***和耦接到壳体的脉管通路***，患者特定心脏模型能够被布置在箱内。患者特定药筒可以被放置在箱内。该药筒包括患者独立框架和多材料患者特定心脏模型，该患者特定心脏模型具有逼真的生物力学特性并且在超声成像上可见，具有与相应生物组织的相应方面接近的方面。模拟器***(例如，包括站台和药筒)可以被布置成模仿人的右心房和左心房的特征(例如，几何形状、声学阻抗和生物力学)，并且适合在不存在任何患者的非无菌手术室(例如，Cath实验室)的环境。

例如，图2示出了实施模拟器***的Cath实验室200，该模拟器***包括物理模拟器装置202(例如，在Cath实验室台210上被支持)、成像***204(例如，荧光透视***)、超声***208(例如，超声成像***)以及显示器206，在显示器206上能够看到诸如物理模拟器装置202的站台的箱内的药筒的超声图像和荧光透视图像。

在图3中示出了物理模拟器装置202的细节。在图3中，物理模拟器装置202被显示为叠加在人体的轮廓399上，使得可以看到物理模拟器装置202的各种特征和患者身体之间的对准。具体地，图3示出了物理模拟器装置202可以包括具有箱306的站台300，该箱306被布置为接收患者特定药筒308，患者特定药筒308模仿特定患者的心脏的至少部分的机械特征和声学特征。

如图所示，根据患者心脏相对于患者口腔和股静脉穿刺位置的相对位置，箱306相对于食道通路端口304和脉管通路端口310定位。以此方式，物理模拟器装置202的布置模仿待操作的器官(例如，心脏)、超声通路点(例如，患者的口腔)和脉管通路端口(例如，沿着股静脉)的相对位置。例如，图3还示出了物理模拟器装置202如何包括耦接到站台300的血管通路***302，并且具有允许脉管通路***302模仿股静脉、右髂外静脉和髂总静脉312以及腔静脉314的一部分的曲率，腔静脉314通向药筒308中的模拟患者心脏的右心房。

在一些实施例中，药筒308与站台300的组合旨在实现左心耳(LAA)闭合介入所需的所有解剖部分的功能性。站台300和药筒308的框架可以表示(例如，普通患者的)标准解剖部分，并且药筒308的患者特定模型可以表示患者特定解剖部分。

在这个示例中，LAA闭合介入以在股静脉仿制品(例如，标准患者部分)中的端口310处的穿刺开始，并且然后穿过仿制品将导丝安装到达由药筒308模拟的心脏的右心房仿制品。导管进入药筒308，药筒308包括***的患者特定部分。

为了通入LAA，心脏病专家必须在卵形窝内的LAA手术的特定点处穿过药筒308的复制隔膜。例如，图4是Mayo

图像的一部分，其示出了卵形窝400上的用于LAA手术的经房间隔穿刺的位置408。卵形窝400上的其他位置还显示了用于其他手术的经房间隔穿刺，诸如用于经房间隔穿刺的卵圆形闭合术的位置404、用于瓣膜旁渗漏闭合术的位置402、用于经皮左心室辅助装置放置的位置406以及用于肺静脉介入的位置410。

药筒308包括患者特定模型，其中卵形窝的位置和形状是患者特定的。患者特定模型的机械特征，诸如建模的卵形窝对外力(例如，由外科手术器械施加的力)的机械响应可以是特定患者的，以模仿患者心脏的相应组织对相同力响应的机械响应。模型的部分(例如，卵形窝)的厚度和/或材料特性可以被布置成产生期望的患者特定机械特征，如下文更详细描述的。在LAA示例中，一旦导管在左心房中，心脏病专家就将导丝推入药筒308的患者特定的上肺静脉仿制品中。然后，外科医生拉动导管，穿过复制的肺静脉之间的脊部并在LAA中终止，然后部署装置。

如图3所示，在模拟手术期间，药筒308被定位在箱306内，箱306被设置在站台300内，并且浸没在箱306中的流体307(例如，水或血液模拟流体)中，以便可以在超声成像下看到模拟的组织和介入工具(如下文进一步详细描述的)。站台300还可包括用于循环、冲洗、过滤、加热和/或以其他方式操纵血液模拟流体307的流体控制***，如下文进一步详细描述的。

图5A和图5B示出了在模拟的LAA手术期间(例如，在表示x射线成像下的***方面的外观的模拟荧光透视图中)的物理模拟器装置202的特征的附加视图。例如，在图5A中，可以看到超声探头505(例如，经食道超声心动图(TEE)超声探头)、导丝507和操作部件501(例如，用于使流体移动通过物理模拟器装置202的泵)。在本示例中，超声装置505已经经由站台内的食道通路******在箱306中的药筒308下方。导丝507已经经由脉管通路装置302***通过到患者特定药筒308的一部分中。

在图5B中，可以看到药筒308具有用于LAA闭合装置502的输送装置，该输送装置已经通过模拟隔膜112’中的经房间隔穿刺511以闭合模拟LAA 116’。还可以看到输送装置上的位置标记500。

图6示出了根据本公开方面的物理模拟器装置202的透视图。在图6的示例中，可以看到站台300的壳体309耦接到外科手术通路装置，例如脉管通路***302。在该示例中，可以看到在脉管通路***302的近端处的脉管通路端口310。还可以看到站台300的壳体309中的箱306。

站台300和/或脉管通路***302可以被布置成表示模拟介入中所涉及的某些标准(即，非患者特定的)解剖部分。站台300的主要功能是将药筒308(例如，包括特定患者的心脏模型)保持在解剖学上相关的位置中，使流体循环穿过药筒308以模拟血流，并且提供解剖学上逼真的血管通路和食道通路。

由脉管通路***302提供的模拟脉管通路模拟右股静脉、髂静脉和下腔静脉通路。模拟食道通路可以被布置在壳体309内并且提供用于***和放置例如经食道超声心动图(TEE)超声探头的路径，以用于模拟手术成像。泵(例如，实现为图5的部件501中的一个)模拟通过心脏的血流，以使得在实践的手术期间能够真实地分散通过所采用的导管引入的造影剂，并且复制在手术期间外科医生要经受的流体机械力。泵还可清除站台300的流体后处理。

站台300和脉管通路装置302被设计成可定位在Cath实验室病床上，其中所有部件被定位在病床上的患者的相应解剖位置，如图3中所示。因此，并且如在下文中进一步详细描述的，站台300包括围绕泵(例如，泵501)的主壳体309、箱306(药筒可以被定位在箱中)、成像通路***(例如复制的食道通路***)(在此也被称为TEE接近***)以及导管***路径通道。

尽管在此公开的不同示例结合用于心脏手术的模拟器装置进行描述，应当理解，用于模拟身体特征的其他器官的手术的物理模拟器装置还可设置有站台、箱、对应于器官的特定患者药筒、外科手术通路装置以及成像通路装置，外科手术通路装置用于模拟器官的介入性通路，成像通路装置用于模拟器官的成像部件通路，而不偏离本公开的范围。例如，物理模拟器装置202可被实现为包括患者特定药筒308的外科手术模拟装置，患者特定药筒308复制特定患者的器官(例如，心脏、肺、胃、膀胱、骨、***、喉、咽、肌肉脉管***、脊柱、肠、结肠、直肠或眼睛)的解剖学特征和声学特征，站台300，站台300包括配置成接收患者特定药筒308的箱306，外科手术通路***302，外科手术通路***302耦接到站台300并且包括管腔1700，管腔1700从外科手术通路端口310延伸到用于箱306的通路端口718，管腔1700，该管腔1700被配置成模拟普通患者的血管；以及成像通路***700，成像通路***700在站台300内从成像通路端口304延伸至箱306，成像通路***700包括管腔900，该管腔被配置成模拟普通患者体内的成像通路路径。

图7示出了具有实现为食道通路***700的成像通路***的站台300的侧剖视图。在图7的示例中，食道通路***700在壳体309内从壳体309上的成像通路端口304处的近端710延伸到壳体内的远端714。如所示出的，远端714在箱306中形成端口，该端口允许成像装置(例如TEE装置)从成像通路端口304延伸到箱中。可以包括近端膜711和远端膜712，近端膜711在成像通路端口304处，远端膜712在食道通路***700的第一管构件702和第二管构件704之间的接口处。图7还示出了站台300的壳体309如何包括通路端口706，脉管通路***302可以附接至该通路端口706，并且该通路端口706包括进入箱306的附加端口718，该附加端口718与食道通路***700的远端714处形成的端口相对。端口718可以被布置成与患者特定药筒308上的上腔静脉(SVC)接口对接，如下文进一步详细描述的。

出于人体工程学和密封的原因，复制的食道通路***/TEE接近***700在患者的食道708的形状、大小和角度方面可能不是完全解剖的。相反，可以使用用于TEE接近***700的标准化方法，该方法允许临床医生将TEE探针505放置在站台300中的位置，该位置对应于在实际手术期间TEE探针被定位的位置，向临床医生提供类似但未完全模拟的触觉反馈。

例如，图8示出了站台300，该站台300与普通患者的食道708的代表在侧视上处于对准并且叠加在该代表上，示出了成像通路端口304如何与普通患者的口腔800大致对准，并且管部段702和704近似于普通患者的食道708的路径并且在位于患者的心脏802下方的位置处通向箱306的底部。以这种方式，图7的模拟食道通路***700可提供良好的人体工程学而不会泄露且不影响成像装置的导航的真实性。

图9和图10示出了为食道通路***700选择的某些设计参数，这些设计参数提供具有改进的人体工程学的真实导航。这样的参数包括第一弯曲部904和第二弯曲部906，第一弯曲部904和第二弯曲部906在复制的食道通道900的相应的近端和远端处具有曲率半径(例如，67mm)、近端弯曲部与远端弯曲部之间的导管903的长度(例如，125mm)以及在导管903和站台中的箱的底部之间形成的角度(例如，150度)。虽然这些尺寸已被证明对于某些实现方式是有用的和适当的，但它们不被视为以任何方式进行限制，并且例如可以在用于针对某些患者(例如，儿童、非常高的患者、肥胖患者等，其躯干几何形状可显著不同于普通成人患者)规划或实践手术的特定站台方面可以不同。在图9和图10中，还示出了站台300的流体流动控制***909的部分，如将在下文中进一步详细描述的。

图11示出了站台300中的食道通路***700的另一个视图，其中药筒308被安装在箱306中并且在接口端口718处耦接到壳体内的脉管通路端口706。图12示出了复制的食道通道900的主要导管903的横截面，其具有说明性、非限制性的尺寸。

如图7-图11所示，食道通路***700可包括在壳体309内的第一管部段702和第二管部段704，第一管部段702从壳体309上的食道通路端口304延伸至第二管部段704，并且第二管部段704从第一管部段702延伸至箱306中的第一端口(在远端714处)。第一管部段702可以包括在近端处的第一弯曲部904以及从第一弯曲部904延伸至第二管部段704的基本笔直的导管903。第二管部段704包括第二弯曲部906。第二弯曲部906可以在基本笔直的导管903与箱的底表面(参见例如图14的底表面1402)之间形成一百三十度至一百七十度之间的角度。食道通路***700还可包括第一膜711和第二膜712，第一膜711在食道通路端口304处，第二膜712在第一管部段702和第二管部段704之间的接口处。

在患者体内，TEE探针将沿着食道滑动，这有助于在操作期间保持探针位置。由于食道站台***700不是解剖学的，该***包括再现这个食道“捕捉”的特征以便以真实的方式保持探头。例如，食道通路***700可组合位于箱306的途中的两个可互换的膜(例如，乳胶膜)(例如，在食道通路***700的近端处的站台300的顶部的近端膜711和在槽之前的远端膜712)，如图13所示。可以容易地改变这两个膜711和712以便与所有探针(例如，不同品牌、收缩尺寸等)兼容。

图14示出了站台箱306的俯视图，其中患者特定心脏模型被移除。如图14所示，凹部1400被形成在箱306的底表面1402中，TEE探针可以从食道通路***700的远端714处的箱端口延伸到凹部1400中。在图14的示例中，凹部1400比探针505更宽，从而允许临床医生能够以具有真实移动约束的真实方式调整箱306内的探针位置。

图14还示出了如何在箱306的侧壁1491上形成通路端口718。如所示出的，可以在箱306的相对侧壁1489上提供附加的通路端口，例如通路端口1404和1408。通路端口718可以被布置成与患者特定药筒308上的模拟上腔静脉接口对接。通路端口1404可以被布置成与患者特定药筒308上的模拟下腔静脉接口对接。通路端口1408可以被布置成与患者特定药筒308上的模拟上肺静脉接口对接。

图14还示出了如何在箱306中设置一个或更多个流体开口，例如流体开口1406，1410和1412，以允许血液模拟流体307在安装在箱306中的患者特定药筒308周围流动(例如，除了流体307和/或代替流体307经由通路端口1404、1408和718流入和/或流出药筒308的患者特定结构)。流体开口1406、1410和1412可流体地耦接到流体控制***909(参见，例如，图9和图10)，如下文进一步详细描述的，并且在一些实现例中可位于与图14中所示的位置不同的位置处。通路端口1404、1408和718还可以或替代地流体耦接到流体控制***909(参见例如图9和图10)，如下文进一步详细描述的。

图15A和图15B分别示出了耦接到站台300并且远离站台300延伸的脉管通路***302的透视分解图和透视图。脉管通路***302复制临床医生在活体手术中经历的从右股静脉到下腔静脉的脉管通路的解剖学特征和某些生物力学特征。

如图15中所见，脉管通路***302的近端1500(例如，被配置成在模拟手术期间邻近临床医生的端)包括密封膜1502(例如，乳胶密封件)，该密封膜1502可以被导管刺穿以模拟将导管导入到患者的右股静脉中(例如，导入到股静脉中并且穿过皮肤)。如图15B所示，在近端1500处形成的脉管通路端口310足够宽以允许使用导入器，这对于某些难以插管的患者可能是需要的。如图15A中可见，密封膜1502可通过移除覆盖脉管通路***302的近端1500的密封帽1504来替换。密封膜1502本身可包括若干对准孔1506，对准孔1506与从脉管通路***的近端的一部分向上延伸的柱1508对准，以确保适当的密封放置。

如图15A和图15B所示，脉管通路***302的底侧包括从主轴1510向下延伸的多个凸缘1517，以在将解剖学上适合于普通患者的Cath实验室患者台(参见例如图2的台210)上方的高度处支撑脉管通路***。

脉管通路***302可以由连接在一起的多个部件构成。在一些实现中，该组件是半刚性的，以提高装置在工作表面(诸如Cath实验室桌子)上的稳定性，降低装置倾斜的可能性，以及提高装置的耐用性。主轴1510包括脉管通路***302的内腔(在图15A和图15B中不可见)，对于大部分管腔的长度，或在一些实现例中整个管腔的长度，该内腔可具有基本上恒定的直径。

图16A和图16B分别示出了脉管通路***302的侧视图和俯视图。如图15和图16B中可见，脉管通路***302(例如，主轴1510和内部管腔)具有基本上复制右股静脉、髂静脉和右心房的下腔静脉的路径的曲率(例如，包括第一或近侧曲线1611和第二或远侧曲线1613)。

图17示出了在通路端口706处耦接到站台300的壳体309上的脉管通路***302的俯视剖视图。通路***302可拧到壳体309的通路端口706上，从而在主轴1510内的内腔1700之间向箱306的内部提供流体通路。当具有患者特定心脏模型的患者特定药筒308被安装在箱306中时(如图17所示)，脉管通路***302和壳体309的通路端口706之间的耦接提供内腔1700和患者特定模型的一部分之间的流体耦接，患者特定模型的一部分模拟患者右心房的一部分。

图18示出了形成在壳体309中的通路端口706的放大视图，该通路端口用于脉管通路***302与安装在站台300的箱306中的药筒308之间的连接。如图18所示，通路端口706可实现为壳体309内的双腔管1800，其中中心管腔1805允许导管进入站台箱306内的心脏模型并允许流体流入脉管通路***302(例如，进入主管腔1700)。可以提供外部环形腔室1802，外部环形腔室围绕中心管腔1805并且通过通孔阵列1804流体地耦接到中心管腔1805。

孔1804(在图19中以剖切细节示出)与远离站台300的箱306成角度，例如与水平线成60度，但是在其他实现例中该角度可以在50度与75度之间。这种远离箱306成角度的孔1804(例如，在***期间与外科手术器械朝向箱移动的方向相反)有助于确保经由中心管腔1805***到箱中的导管、导丝或其他外科手术器械不会卡在孔上。在所示出的实施例中，孔1804的直径为1.5mm，但在其他实施例中，可在1.0mm到2.0mm的范围内。环形腔室1802通过返回流体通道1702流体地耦接到箱306。这样，如果在脉管通路***302中或在复制的右心房中建立过多的流体压力，则流体可通过孔1804逸出并被重新改道回到箱306。在一些实现例中，孔阵列仅占据中心管腔1805的壁的上半部分。在其他实现例中，中心管腔1805的或多或少的壁表面被通孔占据。

图20和图21示出了站台300的壳体309的两个不同的透视图，示出了处于不同角度的箱306。图20和图21中还看到壳体309中用于食道通路***700的近端710的开口2002。图20示出了接口端口718，接口端口718连接到从箱306到脉管通路***302的通道(例如，通路端口706的中心管腔1805)。

如图20和图21所示，箱306的内部可以涂覆声学屏蔽2006。声学屏蔽2006的透视图也在图22中示出。声学屏蔽2006可以由乙烯丙烯二烯单体(EDPM)橡胶构成，但是可以替代地使用具有类似声学特性的其他聚合物涂层。声学屏蔽2006帮助防止箱306的壁冲击经由TEE探针获得的超声图像(即，通过减少声学噪声)。声学输出测量或超声成像/测试通常会受到来自测试箱壁的反射或回声的强烈影响。为了克服这个问题，箱306可以涂覆有低超声反射但对超声具有高吸收性的衬里(EDPM是一种这样的材料)。例如，声学屏蔽2006可以提供1MHz＜F＜10MHz(例如，医学超声成像的频率范围)或4MHz＜F＜8MHz(例如，TEE：经食道超声的频率范围)的频率范围内的声学能量的吸收。图23示出了两个超声图像，包括用具有声学屏蔽2006的箱获得的第一图像2300和用不具有声学屏蔽的箱获得的第二图像2302，以示出屏蔽的影响。

图24示出了具有声学屏蔽2006的箱306的剖视图。图24中还可看见食道通路***700的远端714、凹部1400、通路端口706和流体通道2402，TEE探针可以在穿过管腔900之后定位在凹部中，通路端口706用于耦接到脉管通路***302，流体通道2402用于将流体引入到心脏模型的模拟肺静脉中(图24中未示出)。如图所示，凹部1400可以是箱306的底壁2400中的凹部。

多项研究显示，心脏物理模型可以方便地用于评估治疗策略。大多数先前的研究是使用注射模具或增材制造技术(仅使用一种材料)获得的模型进行的。当前公开的***和方法利用具有患者特定心脏模型的患者特定药筒308，该患者特定药筒308具有被布置成用于安装到站台300的箱306中的接口端口718并且是多材料的优点。例如，心脏模型可以直接从患者特定解剖结构导出到生物力学简化模型中，从而接近各向异性血管壁材料的生物力学行为，并且在一些实现例中在超声检查下是可见的。

图25示出了包括框架2500和心脏模型2502的患者特定药筒308的示例。在心脏模型2502中，一个或更多个以下部件，并且在一些实施例中，所有以下部件是患者特定的：复制隔膜112’、隔膜的复制的卵形窝400’(例如，复制的卵形窝400’的位置和生物力学两者可以是患者特有的拉伸和穿刺)、复制的左肺静脉2505的复制的上部2.5cm-5cm(例如，3cm)和将左肺静脉2505与左心房2504分开的支脉(也称为脊)，复制的左心房附器116’(例如，LAA116及其小梁的位置，包括位置和生物力学两者可以是患者特定的)，以及复制的二尖瓣环2503(例如，复制的二尖瓣环的位置可以是患者特定的)。

在一些实现例中，心脏模型2502可以包括用于右心房的复制部分2506的患者特定或标准化部分以及左心房2504的非患者特定部分。

一种用于制造患者特定物理心脏模拟装置(例如患者特定药筒308)的方法可以包括：从典型医学成像模态(例如MRI、CT)分割感兴趣区域；从这些被分割的图像创建3D几何模型，将该3D几何模型集成到标准(患者独立)框架，创建感兴趣解剖区域的3D有限元模型，从生物力学心血管组织模型的数据库指定真实的材料特性，创建第二3D有限元模型，将基于目标的设计优化算法应用于第二3D有限元模型以分配可以复制第一3D有限元模型的行为的可打印材料的分布，以及用框架打印(例如，使用增材制造技术)该多材料模型。这种方法的更详细的描述可以在PCT申请WO/2018/050915和WO/2018/051162中找到，其中每一个通过引用全文并入本文。

在图25的示例中，框架2500保持心脏模型2502，心脏模型2502包括对应于患者的右心房的部分2506、对应于患者的左心房的部分2504、对应于患者的左心耳116的从左心房延伸出的部分116’，该部分116’具有患者的左心耳的形状和生物力学，以及对应于患者的肺静脉2505的部分(定位在左心耳后面)。对应于患者特定卵形窝的部分400’将右心房与左心房分开。在一些实施例中，对应于右心房的部分2506不需要是患者特定的且可具有标准形状和材料构成。

图26A和图26B分别示出根据另一实施例的被结合到框架2500中的另一示例性心脏模型2502的透视图和俯视图。与图25中所示的模型相比，图26A和图26B中所示的心脏模型2502包括在复制的右心房2506的面向上部分中的窗口2600。(例如)由缺少材料形成的窗口2600在规划/实践手术期间提供到复制的右心房2506的视觉通路，减少制造心脏模型2502的时间、复杂性、材料和成本，以及提高装置的超声方面(例如，通过避免由右心房的顶壁产生的不切实际的超声效应)。此外，图26A和26B中所示的模型2502包括图25中未看到的复制的主动脉瓣环2602。在图26B中，可以通过形成在右心房模型部分2506中的窗口2600清楚地看到复制的卵形窝400’，避免在实践/规划手术期间进行荧光透视的需要。最后，窗口2600为气泡逸出复制的右心房2506提供了途径，这可能在超声图像中引入伪像。

图25、图26A和图26B中的所有图中的框架2500被定形状成使得它在与手术相关的解剖结构周围弯曲以避免超声伪像的引入，同时仍支撑(但不过度支撑)心脏模型2502。框架2500还具有用于所有患者的标准尺寸，使得药筒308可牢固地定位在站台300的箱306内，并且使得站台的流体控制***909的流体通道与连接至模型2502的右心房部分2506和肺静脉部分2505的模型流体端口配合，以确保适当的流体流动通过模型。例如，如图26A所示，框架2500可以包括开口2609、2611和2613，这些开口分别对应于患者特定模型2502的模拟上腔静脉接口、下腔静脉接口和上肺静脉接口，并且分别对应于箱306中的通路端口718、1404和1408。

在一些实现例中，除了将模型的右心房部分与左心房部分分开的隔膜112’和卵形窝400’，标准框架2500包括心脏模型2502的右心房部分2506。通常，人造组织的厚度范围可在约0.5cm至约2.5cm之间。

为了帮助提供复制的卵形窝400’的仿生力学，在一些实现例中，将附加的结构增强件引入到模型结构中。附加的结构允许在手术期间对模型卵形窝400’进行仿生真实的拉伸和穿刺。例如，图27示出了两个图像2700A和2700B，每个图像具有包括在心脏模型2502中的示例性卵形窝模型400’的视图。图像2700A示出了模型卵形窝400’的外表面2702的视图。图像2700B示出了模型卵形窝400’的内部结构的视图。总之，模型卵形窝400’可以由例如三个结构层构成，包括两个外层(例如，一个面向右心房并且一个面向左心房)和内增强层2707。内增强层2707包括蜂窝结构的阵列。

可以选择并布置患者特定模型2502的厚度和其他材料和/或机械特性以提供患者特定柔性隔膜和患者特定柔性卵形窝。更具体地，患者特定模型2502的各个部分的柔性基于特定患者的解剖结构的形状和整个隔膜结构的机械特性。如本领域普通技术人员理解的，卵形窝是隔膜的一部分，并被定义为经房间隔的下后部(例如，平均为整个隔膜面积的30％)中的卵形凹陷/圆形凹陷，且主要由薄纤维组织组成。

例如，为了形成患者特定模型2502的模拟卵形窝400’，模拟卵形窝可以具有例如20.8mm±6.2mm的上直径-下直径、例如15.7mm±6.2mm的前直径-后直径、等于例如0.68mm±0.27mm的厚度，这在整个隔膜解剖结构中最低。然后，向前或向后移动厚度可以增加，其中平均值约为例如1.8mm±0.7mm。特别地，模拟隔膜112’可能在与上腔静脉入口2609相邻的卵形窝400’上方最厚(例如，平均为3.4mm)；例如，在窝前方的狭窄峡部和最下部，平均例如1.8mm厚；例如，在窝的正下方区域中，平均例如为2.4mm。

为了向模拟卵形窝400’提供朝向适当的患者特定拉伸的足够柔性，同时在模拟手术期间向外科医生提供更真实的穿刺机械反馈，模拟隔膜的厚度和材料特性可被布置成通过这些位置处的模型的材料和/或厚度的布置，产生从隔膜的外部朝向中心(卵形窝)移动的梯度区域，从而逐渐增加(例如，在与图27中指示的径向方向R相反的方向上)该模型壁的柔性和顺应性。例如，可以基于以下等式1中的应变能量函数来选择模拟的左心房组织的厚度和材料特性：

其中I₁和I₂为应变的不变量，且C_ij为材料常数，例如下表1中提供的常数。

表1

模拟隔膜112’的机械特征被布置成模仿生物软组织，特别是相对于经房间隔隔膜纤维，其具有导致超弹性特性的分层微结构。模拟隔膜112’的这些机械特征允许患者特定药筒308模仿患者实际的经房间隔拉伸和穿刺以用于临床医生培训和/或患者特定再诊。模拟隔膜112’的机械特征可被布置成几乎各向同性和超弹性。因此，在一些实施例中，患者特定模型2502的模拟卵形窝400’可以是各向同性和超弹性的，其柔性梯度随着距卵形窝中心的径向距离的增加而减小柔性。

图27还包括示意图2700C，示意图2700C示出了可以包括在内增强层2707中的蜂窝2709的更详细的几何形状，并且可被布置成(例如，连同周围层的厚度和材料特性一起)提供患者特定模型的模拟隔膜112’和卵形窝400’的患者特定柔性和拉伸特性。例如，每个蜂窝2709在形状上可以是六边形的，具有从约5.0mm至约6.0mm范围的直径D。蜂窝可由例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)制成。单元之间的距离(d)(即，每个蜂窝的边缘的平面内厚度)可在约0.4mm至约0.5mm的范围内。蜂窝的平面外厚度(其对应于整个内层的厚度)为约0.3mm至约0.4mm(例如，0.36mm)。蜂窝结构可以用例如杨氏模量在约0.6GPa-5MPa之间的Agilus(阿基拉斯)聚喷射材料填充。比较之下，形成蜂窝的ABS的杨氏模量约为1GPa-2GPa之间。卵形窝模型400’的内层和外层也可由Agilus形成，并具有约0.30mm-0.35mm(例如0.32mm)之间的厚度。尽管厚度可以基于患者的特定解剖结构而变化，但是模型卵形窝400’合计可能是约1mm厚。

心脏模型2502的剩余患者特定部分可以由使用以上参考的优化过程(在PCT申请WO/2018/050915和WO/2018/051162中进一步讨论)确定的材料的组合制成，以获得具有与实际患者的解剖结构基本上类似的形状和生物力学特征的组织。典型的复制的解剖壁厚度范围为约0.5cm至约2.5cm。在一些实现例中，如在美国专利申请16/417151中进一步描述的(其全文以引用的方式并入本文)，可以进一步选择材料以实现与实际特定患者基本类似的超声方面。

例如，制造患者特定模型2502的患者特定部分可以包括获得特定患者体内的器官(例如，患者的心脏)的医学图像数据。然后可以处理医学图像数据以生成包括器官的体积模型的一个或更多个数据文件。生成数据文件可以包括：接收指定由增材制造***沉积的一种或更多种材料的配置的一个或更多个材料数据文件。然后可通过分配具有较低声学阻抗特性的至少一种第一材料和具有较高声学阻抗特性的第二材料来生成患者特定模型。

可以使用常见的医学成像模式(例如X射线照相术、X射线旋转血管造影术、MRI、CT扫描、超声成像(2D或3D))或核医学功能成像技术(例如正电子发射断层扫描术和单光子发射计算机断层扫描术)来获得器官的医学图像数据。可以针对特定患者内的器官或针对较大器官的部分获得医学图像数据。例如，器官可以是心脏、心脏的一部分或动脉。医学图像数据还可以包括与围绕成像的器官或位于成像的器官附近的器官(例如骨骼、关节、脂肪组织、腺体或膜)相关的数据，这些器官可以在待复制的器官上施加机械反馈。

医疗图像数据可以被处理以生成待复制的特定器官的体积模型来作为患者特定模型2502。可以通过将医学图像数据转换成描述要复制的器官的解剖学特征的三维数据模型来生成体积模型。解剖学特征可以包括各种线性尺寸、体积尺寸、厚度以及被复制的器官的其他特征，诸如组织回声。这样的特征可以直接从收集的医学成像数据(例如，从超声图像)导出，或者间接地通过参考一个或更多个数据库或其他解剖学知识的电子数据源导出，该数据库或其他解剖学知识的电子数据源存储关于身体中各种组织的代表性组织特征的参考信息。体积模型包括三维节点集合，该三维节点集合定义多个基本体积元素或体素，该多个基本体积元素或体素划分由体积模型建模的空间区域(例如，由器官或器官的部分包围的空间)。基本体积元素可以被定义为四面体、棱锥、三棱柱、六面体、球体或卵形的形状。可以从在医学图像数据中捕获的待复制的器官的三维表面网格生成体积模型。在一些实现例中，可以通过在表面网格上执行生成体积模型来生成体积模型。在一些实现例中，通过对医学图像数据执行生成有限元体积模型来生成体积模型。在一些实现例中，进一步处理体积模型以生成要复制的器官的变形的体积模型。在这些实施例中，变形的体积模型复制了特定患者的体内器官组织周围的一个或更多个器官组织施加在特定患者的体内器官组织的负载和约束。

定义节点的三维集合以及与成像器官相关联的基本体积元素或体素允许将多种材料分配给每个体素，以便增材制造***可以形成患者特定模型2502，从而使得在患者特定模型2502的相应位置中准确地复制一个或更多个位置的体内器官组织的回声特性。所分配的材料可以包括不同声学阻抗值的材料，诸如较高声学阻抗材料、较低声学阻抗材料、或具有不同声学阻抗的材料的混合物或悬浮液。

使用成本函数执行材料分配，以最小化期望的回声特性(基于医学图像数据或从存储代表性组织特征数据的电子数据库或数据源确定的)与所选择的一种或更多种材料的组合所产生的回声特性之间的误差，选择的一种或更多种材料用于沉积在对应于体积模型的给定体素或体素簇的位置。在一些实施例中，成本函数可以包括附加的成本函数，例如用于最小化与正被复制的器官的弹性材料特性或其他机械材料特性相关联的误差的成本函数。在这些实施例中，可以通过使用联合搜索来求解成本函数以最小化机械材料特性与回声材料特性之间的误差的总和来实现材料分配。在一些实施例中，基于期望的应用将权重应用于各个组成成本函数。例如，当准确地模拟患者特定模型2502中的回声性不太重要时，可能希望将更高的权重应用于与机械材料特性相关联的成本函数。可替代地，在准确模拟患者特定模型2502中的回声性至关重要的情况下，将与回声材料特性相关联的成本函数权重提高可能是重要的。在执行如上所述的联合搜索之后，可以生成最终的体积模型。

在一些实现例中，作为联合搜索方法的替代，可以使用机械特性成本函数来评估预定数量的最佳拟合回声(声学)特性模型以选择总体最佳拟合模型。另外地或可替代地，可以使用回声成本函数来评估预定数量的最佳拟合机械特性模型以识别总体最佳拟合模型。在一些实现例中，成本函数可以包括约束以防止体积模型的各方面被分配特定材料。例如，可以实施约束以要求由牺牲材料形成的较低声学阻抗材料被完全封装在一种或更多种较高声学阻抗材料内。

可以从对象材料的数据库中选择由于应用成本函数而确定的待分配给每个体素的对象材料。在一些实现例中，可以基于最小化体积模型的给定区域(例如，簇)或多个基本体积元素的成本函数的结果来选择特定材料。

在一些实施例中，处理医学图像数据包括将医学图像数据从特定于用于获得医学图像数据的特定医学成像模态的数据或文件格式转换成与增材制造***兼容的数据或文件格式。例如，医学图像数据可以被处理并转换成一个或更多个STL数据文件或其他增材制造***兼容文件格式。增材制造***可以利用STL文件格式基于包括在一个或更多个数据文件中的体积模型来生成3D患者特定模型2502。

一种或更多种材料数据文件可以指定由增材制造***沉积的一种或更多种材料的配置。该一种或更多种材料数据文件可以基于所处理的图像数据定义由增材制造***沉积的多种回声和非回声材料(或更高声学阻抗材料和更低声学阻抗材料)的布置或配置。例如，基于分配给包括在一种或更多种材料数据文件中的体积模型的每个体素的多种材料，增材制造***可以确定有待沉积在一层或更多层中的一种或更多种材料的布置以形成患者特定模型2502。

增材制造***可以通过分配具有较低声学阻抗特性的至少一种材料和具有较高声学阻抗特性的第二材料来形成患者特定模型2502。增材制造***分配多种材料以形成患者特定模型2502。多种材料包括至少一种较低声学阻抗材料和较高声学阻抗材料。这两种材料可以在作为较高声学阻抗材料在较低声学阻抗材料内的悬浮液、或者作为较高声学阻抗材料和较低声学阻抗材料的单独沉积物的同时被分配。基于分配给包括在一种或更多种材料数据文件中的体积模型的每个体素的材料的配置，增材制造***分配待复制的器官的体积模型中定义的给定基本体积元素确定的适当材料。例如，增材制造***在患者特定模型2502中的位置处分配一定量的至少一种低回声材料，这些位置映射或对应于体积模型中的相同位置，这些相同位置基于医学图像数据被确定为是较少回声区或较少回声区域。类似地，超回声材料(例如，具有较高密度的高声学阻抗材料的悬浮液)可以由增材制造***分配在患者特定模型2502中位置处，该位置与体积模型中被确定为更多回声的相同位置相对应。

在体素与给定材料沉积之间不需要一一对应。体素是逻辑构造，该逻辑构造可以由增材制造装置进行处理以确定一组适当的独立材料沉积。例如，一些体积模型可以比用于打印患者特定模型2502的3D打印机的打印分辨率更低的分辨率生成。在这样的情况下，3D打印机可制作多个材料沉积物以生成单个体素。例如，在一些实施例中，每个体素可对应于3x3x3、4x4x4、5x5x5或其他尺寸的材料沉积的长方体。在其他实施例中，体素可以转换成卵形或其他形状的沉积，而不是长方体沉积。用于制造患者特定模型2502的3D打印机可以将分配给每个体素的回声值转换成给定对应长方体或卵形沉积物内的材料沉积物的适当模式。在其他实施例中，每个体素对应于单一材料沉积物，该单一材料沉积物可具有球形、卵形、矩形或其他规则形状或不规则形状，这取决于用于进行沉积的装置。具有较低声学阻抗特性的至少一种材料和具有较高声学阻抗特性的第二材料可以由使用铸造、3D打印、不同材料的机械连接和材料沉积制造的增材制造***来分配。增材制造***可以利用各种增材制造工艺来形成患者特定模型2502，包括粘合剂喷射、定向能量沉积、材料喷射、动力床熔合、熔合沉积建模、激光烧结、立体光刻、光聚合以及连续液体界面生产。在一些实现例中，使用PolyJet Matrix^TM(聚合物喷射矩阵)技术(明尼苏达州伊登普雷里的Stratasys有限公司)的3D打印机可以用于同时分配具有不同弹性和声学阻抗特性的多种材料，以形成在一个或更多个位置处具有不同弹性和回声特性的患者特定模型2502。在一些实施例中，具有较高声学阻抗特性的至少一种材料包含聚合材料，例如具有1.18-1.21g/cm³的聚合密度的PolyJet材料。在一些实施例中，较低声学阻抗包括具有类似于水的声学特性的水凝胶。在一些实施例中，较低声学阻抗材料包括未聚合材料，例如水、凝胶、离子或生物分子。

在图27的示例中，患者特定模型2502包括卵形窝400’，该卵形窝400’具有的柔性对应于患者心脏的卵形窝的柔性(例如，随着距其中心的径向距离的增加而减小的柔性，例如根据患者的卵形窝的柔性的减小而具有相同增加的径向距离)。

图28示出了在超声下的示例性心脏模型药筒308的三个图像2800A、2800B和2800C，展示了模型的仿生超声响应。特别地，图像2800A和2800B示出了在来自穿刺器械的压力施加到隔膜之前和之后的模型隔膜(导致图像2800B中的拉伸)。图像2800C示出了在闭塞之前和之后的模型LAA。在各种情况下，外科手术模拟装置202可通过提供外科手术模拟装置202来使用，外科手术模拟装置202具有站台300，站台300具有壳体309、箱306以及脉管通路***302，箱306被形成在壳体309中，脉管通路***302被耦接到壳体309，在箱306中设置患者特定药筒308，患者特定药筒308包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型2502，将成像装置(例如，TEE探针505)从壳体309上的食道通路端口304***穿过壳体309内的食道通路***700，通过箱306中的第一端口(在末端714处)，并且进入到患者特定药筒308下方的箱306的底表面1402中的凹部1400中，以及从脉管通路***302的脉管通路端口310***外科手术元件(例如，导丝、工具等)，通过脉管通路***302的主内腔1700，并经由箱306中的第二端口718进入患者特定模型2502的一部分中。然后，可操作成像装置以捕获图像，诸如超声图像2800A、2800B或2800C，以帮助外科手术元件操纵到、穿过、围绕患者特定模型的各个部分或在患者特定模型的各个部分内。

图29示出了进入复制的左心耳116’的示例性入口，该示例性入口在预期使用本文公开的站台300和药筒308执行的示例性程序期间被闭塞。如在图29中可以看到的，复制的左心耳116’的内表面2900可以包括小凹陷2902的微型图案。图29所示的凹陷2902在形状上是圆形的，但是也可以使用其他规则的或不规则的几何形状。每个凹陷2902的直径可以在大约0.1mm与1.0mm之间，并且可以在0.1mm与2.0mm深之间。微型图案提高了心耳闭塞器锚定到模拟组织的能力。在不同实施例中，微型图案可延伸约1.0cm至约2.5cm进入模型左心耳116’中。

图30示出了根据本公开方面的患者心脏的一部分，该部分可以通过物理模拟器装置的患者特定药筒的患者特定模型来建模。例如，图30示出了患者的卵形窝3000和卵形窝3000上的各种潜在穿刺位置，该位置是相对于其他心脏结构，例如冠状窦口(CS Os)3002、右心房(RA)和下腔静脉(IVC)，并且指示了患者的负柔性梯度的径向方向R’，径向方向R’对应于以上结合图27描述的模拟卵形窝400’的柔性梯度的径向方向R。

如以上结合例如图26A和图26B所述的，患者特定药筒308可以包括耦接到框架2500的患者特定模型2502。在一些实现例中，框架2500是可以承载各种不同的患者特定模型的患者独立框架。图31示出了根据本发明的方面的具有患者独立框架的患者特定药筒的透视图。如图31所示，患者特定模型2502可包括患者特定部分(例如，包括模拟右心房2506、模拟左心房2504、模拟主动脉环2602和左心耳116’)，其形状、机械特性、声学特性和/或其他特性对应于特定患者的相同特性。患者特定模型2502还可以包括接口部分，诸如接口部分3100、3102和3103，这些接口部分可能在形状、尺寸、取向和/或机械特性方面偏离患者的对应特性，以便与标准框架2500接合。如图31所示，患者独立框架2500可包括基座部分3108、近端部分3112和围绕开口2609的远端支撑件3110(例如，对应于用于患者特定药筒308的上腔静脉接口)。如图所示，接口部分3100在患者特定模型2502的患者特定部分与框架2500的开口2609之间延伸。接口部分3100、3102和3103可以是连续的患者特定模型2502的一体形成的部分，尽管它们可以偏离患者的解剖形状。

图32示出了图31的患者独立框架2500的透视图，其中患者特定模型被移除。如图32所示，近端部分3112可包括两个附加开口2611和2613。如图32所示，弯曲支撑结构3207还可以从近端部分3112延伸，用于将患者特定模型2502支撑和/或定向在框架上。

图33示出了患者特定药筒308的透视图，患者特定药筒308具有患者特定模型2502，患者特定模型2502以患者特定模型2502的上肺静脉接口部分3102在患者特定模型2502的患者特定部分与框架2500中的开口2613之间延伸的取向耦接至患者独立框架2500。因为允许接口部分3100、3102和3103偏离患者特定部分的患者特定形状，每个患者特定模型2502被布置成包括在解剖学、机械和/或声学上对应于特定患者的特征，同时耦接到相同的患者独立框架2500，这降低了成本，且增加了模拟器装置202的易用性。

例如，图34示出了具有耦接到患者独立框架2500上的另一个患者特定模型2502的患者特定药筒308。如图34所示，患者特定模型2502的患者特定部分不同于图33的患者特定部分，导致接口部分3100’、3102’和3103’具有与图33的部分3100、3102和3103不同的形状，其允许接口到相同标准模型2500的相同标准开口2609、2611和2613。

图35示出了患者特定模型2502，其强调了模型的患者特定部分，其中可包括模拟的右心房2506、主动脉2602、左心房2504和左心耳116’。图36示出了三个不同的患者特定模型2502A、2502B和2502C，每个模型具有不同的患者特定特征(例如，患者特定右心房2506、主动脉2602、左心房2504和左心耳116’)，该患者特定特征匹配特定患者的对应特征的解剖学、机械和声学特性，并且各自具有不同的接口连接部分3100，3102和3103，其允许不同的患者特有的特征与相同的标准框架2500接合。如图所示，三个不同的患者特定模型2502A、2502B和2502C可以耦接到患者独立框架2500上以形成三个不同的患者特定药筒308A、308B和308C。

例如，图37示出了患者特定模型2502如何可以具有一体形成的上肺静脉接口(耦接)部分3102，该上肺静脉接口(耦接)部分3102偏离患者的解剖形式并且在患者特定部分与开口2613之间延伸。箭头3700指示接口部分3102是患者特定模型2502的补充件，尽管患者特定部分和接口部分3102可以在公共制造过程(例如，增材制造过程)中形成。

例如，如图31-图37所示，用于外科手术模拟器装置202的患者特定药筒308可以包括具有第一开口2609、第二开口2611和第三开口2613的患者独立框架2500(有时本文称为标准框架)以及患者特定心脏模型2502。患者特定心脏模型2502可包括右心房2506、左心房2504和隔膜112’、上腔静脉接合部分3100、下腔静脉接合部分3103以及上肺静脉接合部分3102，左心房2504和隔膜112’具有的机械和解剖学形状特性对应于患者的左心房102和隔膜112的机械和解剖学形状特性，上腔静脉接合部分3100偏离患者的上腔静脉的解剖形状并且在右心房2506与患者独立框架2500中的第一开口2609之间延伸；下腔静脉接合部分3103偏离患者的下腔静脉的解剖形状并且在右心房2506与患者独立框架2500中的第二开口2611之间延伸，上肺静脉接合部分3102偏离患者的肺静脉的解剖形状并且在左心房2504与患者独立框架2500中的第三开口2613之间延伸。患者特定心脏模型2502还可以包括左心耳116’，左心耳116’具有的机械和解剖学形状特性对应于患者的左心耳116的机械和解剖学形状特性。

图38A和图38B分别示出了与标准框架2500不对准的、未对准的患者特定上腔静脉接合部分3802和下腔静脉接合部分3800，以及患者特定模型的对应的接口部分3100和3102，接口部分3100和3102偏离患者特定形式3802和3800以耦接到患者独立框架2500的开口2609和2611。图39示出了未对准的患者特定上腔静脉和下腔静脉接口部分3802和3800(其不会被制造)、耦接至开口2609和2611的对应的接口部分3100和3102以及模型的附加部分3900的另一个视图，附加部分3900可以在制造之后移除或者从制造中省略，以形成进入模型的右心房的开口2600。

图40示出了根据本公开方面的用于制造耦接到患者独立(标准)框架2500的患者特定心脏模型2502的过程的不同方面。如图40所示，在指定的患者特定模型2502的制造过程的设计阶段期间，虚拟的患者特定模型可以包括患者特定上腔静脉部分3802、患者特定下腔静脉部分3800以及患者特定上肺静脉部分4003，其将与标准框架2500的开口2609、2611和2613不对准。这些患者特定特征可以基于图像和/或患者的实际心脏结构的尺寸、形状、取向、厚度和/或其他特性的其他测量来生成。如所示的，可以识别虚拟的患者特定模型与三个平面4000、4002和4004之间的三个接口。可以移除延伸超过相应平面4000、4002和4004的部分3800、3802和4003，并且可以将接口部分3011、3102和3103设计成在所识别的平面接口与标准框架开口2609、2611和2613的已知位置之间延伸。一旦这些接口部分3011、3102和3103被设计成虚拟模型，就可以生成包括这些部分的整个患者特定模型(例如，在增材制造、模制或其他合适的制造工艺中)。

如图31、图33、图35、图36、图39和图40中所示的不同示例中所示，患者特定药筒308可以设置有框架2500，框架2500被配置成将患者特定模型2502耦接到箱306。框架2500可包括第一开口2609、第二开口2611和第三开口2613，第一开口2609、第二开口2611和第三开口2613被配置成与箱中的第一通路端口718、第二通路端口1404和第三通路端口1408对准。如这些示例中所示，患者特定模型2502可包括患者特定部分以及第一接口部分3100、第二接口部分3103和第三接口部分3102，患者特定部分对应于患者心脏的相应部分的解剖学形状，第一接口部分3100、第二接口部分3103和第三接口部分3102偏离患者心脏的相应部分的解剖学形状以在患者特定部分与第一开口2609、第二开口2611和第三开口2613之间延伸。第一接口部分3100、第二接口部分3103和第三接口部分3102可分别对应于患者特定模型的上腔静脉接口部分、下腔静脉接口部分和上肺静脉接口部分。患者特定模型2502可以包括具有窗口2600的模拟右心房2506。

本文讨论的不同示例描述了设置具有声学特征的患者特定模型2502的优点，该声学特征模仿相应患者心脏结构的声学特征(例如，用于在模拟外科手术过程中的超声成像)。在一些情况下，能够提供物理模拟器装置也可以是有益的，其中患者的解剖学的特征模仿各种解剖学特征对其他成像技术的响应。

例如，在一些心脏介入术期间，可以执行x射线成像以帮助外科医生更准确地理解导丝或其他外科手术装置的位置。例如，图41示出了安装在患者心脏内的LAA闭合装置502的荧光透视图像，其中可以看到患者心脏的阴影4102和患者脊柱的阴影4104。这些阴影虽然微弱，但是除了帮助用超声探头505进行超声成像外，还可帮助外科医生。然而，如图42所示，除非患者特定模型2502和/或站台300的其他部分设置有x射线交互特征，在装置202的荧光透视图像4200中可以看到超声探头505和导丝507，否则图像4200不包括阴影4102和4104。为了包括这些荧光透视阴影特征，患者特定模型2502和/或站台300的部分可设置有x射线交互特征。

图43示出了患者心脏的患者特定模型2502的壁的一部分的剖视图。如图43所示，患者特定模型2502的壁可以由内聚合物(例如，PolyJet(紫外光固化))层4302、外聚合物(例如，PolyJet)层4300以及***内层4302与外层4300之间的水凝胶层4303形成(例如，在三维打印工艺中)。例如，内层4302和外层4300可以由封装水凝胶层4303的Polyjet材料(例如Stratasys(斯特塔西)树脂)形成。在各种实施例中，水凝胶层4303可用作牺牲支撑材料，或可用于吸收注入的水性液体，例如X射线衰减液体。层4300、层4302和/或层4303可以被布置成机械地和/或声学地模仿患者心脏结构的解剖学特征。

为了提供生成心脏阴影的患者特定模型2502，该心脏阴影类似于图41的心脏阴影4102，患者特定模型2502可以设置有x射线交互材料。例如，如图44所示，患者特定模型2502可以在外聚合物层4300上(和/或在内层4302上)设置有x射线交互涂层4400(例如，x射线衰减涂层(如碘涂层)、钡涂层(如硫酸钡涂料)、磷酸钙涂层、不透射线油墨、金属涂层、亲水性涂层和/或其任意组合)。

另外地或可替代地，水凝胶层4303可以注入有x射线交互材料(例如，包括钙、碘和/或钡的造影剂，如碘海醇)。图45示出了根据本公开方面的用于将诸如X射线衰减材料的X射线反应材料注入患者心脏的患者特定模型的壁中的过程。如图45所示，可以向层4303注入X射线衰减水性液体，以形成用于患者特定模型2502的X射线衰减内层4502。注入的X射线衰减水性液体可在水凝胶层4303内部扩散，以在整个模型2502上获得均匀的X射线吸收特性，以再现上面结合图41描述的心脏阴影。用于患者特定模型2502的X射线衰减材料的涂覆和/或注入可以在模型的后处理期间(例如，在增材制造工艺之后以生成该模型)进行。在图45的示例中，患者特定模型2502包括至少一个壁部分，该至少一个壁部分具有外层4300、内层4302以及***在该外层与该内层之间的x射线衰减材料4502。

以上结合图44和/或图45描述的特征可以向患者特定药筒308提供荧光透视特征，该荧光透视特征使得患者特定模型2502在站台300和安装在其中的药筒308的X射线成像下生成类似于图41的心脏阴影4102的心脏阴影。

图46示出了根据本公开方面的脊柱阴影卡4600的透视图，该脊柱阴影卡可以设置在站台300中以便在x射线成像下生成与图41的脊柱阴影4104类似的脊柱阴影。脊柱的阴影在手术期间由临床医生用来评估导管在右心房内的位置。例如，通过知道导管位于哪个脊椎上，外科医生能够理解它们是否在隔膜的前面以开始经房间隔穿刺。

如图46所示，脊柱阴影卡4600可以包括基底4602和在基底上形成的脊柱模拟特征4604。脊柱模拟特征4604可被打印在基底4602上、嵌入在基底4602内、蚀刻在基底4602中或以其他方式形成在基底4602上。例如，脊柱模拟特征4604可以是打印在X射线透明基底4602上的不透射线油墨。脊柱模拟特征4604可以是患者特定的或可以表示普通患者的阴影的几何形状(例如，在右心房中的导管导航期间，至少在0度处的C-ARM荧光***械)。

图47示出了物理模拟器装置202的站台300的侧视图，物理模拟器装置202示出了脊状阴影卡4600可以如何被布置在箱306的底壁4700下方的站台内。在这种布置中，脊柱模拟卡被布置在邻近箱的底壁的箱的外部，并且站台300的X射线图像将包括由脊柱模拟特征4604引起的模拟的脊柱阴影。

如图47所示，可以设置外科手术模拟装置202，外科手术模拟装置202包括站台300、箱306、食道通路***700、脉管通路***302以及脊状阴影模拟卡4600，站台300具有壳体309，箱306被形成在壳体中并且被配置成用于接收患者特定筒308，患者特定药筒308包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型2502，其中箱306具有底壁4700，底壁4700具有形成箱的底表面1402的第一表面和相对的第二表面，食道通路***700在壳体上的食道通路端口304和箱中的第一端口714之间的壳体内延伸，脉管通路***302包括具有脉管通路端口310的第一端和被配置成流体地耦接到箱中的第二端口718的第二端，脊状阴影模拟卡4600邻近箱的底壁4700的相对的第二表面布置在壳体309内。患者特定模型2502包括对应于患者心脏的机械和声学特征的机械和声学特征。食道通路***700被配置成允许通过超声探头505进入箱306，以用于患者特定药筒308的超声成像。

图48-图57示出了物理模拟器装置202的流体流动控制***909的不同方面。例如，图48示出了流体流动控制***909的示意图，其包括经由物理模拟器装置202的开口4800和4802(例如，分别对应于图14的开口1406和1410)流体地耦接至箱306的出口管4804和入口管4814。在图48的示例中，出口管4804包括过滤器4806和泵4808，泵4808控制通过管4804和4814以及箱306的血液模拟流体307的流动。在图48的示例中，入口管4814包括腔室4810，腔室4810具有用于从血液模拟流体307中去除气泡的空气腔4812，否则气泡可能负面地影响超声成像。

图49示出了流体流动控制***909的另一个实施例的示意图，其中提供了附加出口管4909，附加出口管4909在过滤器4806的附加开口4905与耦接到电源4902上的加热器4900之间延伸。加热器4900可以由电源4902(例如，站台300内的电池)供电以加热血液模拟流体307(例如，加热到大约37.5摄氏度)。

在图48和图49的示例中，流体控制***909被设置在站台300中，并且被配置成使血液模拟流体307循环通过患者特定模型2502的至少一部分的箱306。流体控制***909包括出口管、入口管以及泵4808，出口管(例如，管4804和/或4909)耦接到箱中的第一开口(例如，4800或4905)，入口管(例如，管4814)耦接至箱中的第二开口(例如，开口4802)，泵4808被配置为移动血液模拟流体307通过入口管、箱和以及出口管。流体控制***909还可包括位于出口管上的过滤器4806。流体控制***还可以包括布置在泵4808和第二开口之间的加热器4900。流体控制***909还可以包括腔室4810，腔室4810具有布置在泵与第二开口之间和/或加热器与第二开口之间的空气腔4812。

图50示意性地示出了用于站台300的加热***的功能程序，包括在准备操作、使用操作和冲洗操作期间。根据本公开方面，准备操作可包括临时附接到站台300的辅助流体加热器的操作。

图51示出了根据本公开方面的可以被提供用于物理模拟器装置202的辅助流体加热器5100的透视图。如图51所示，在一个实施例中，辅助加热器5100可包括安装结构5102，安装结构5102被配置成可移除地附接到站台300的侧壁5110，并被配置成将温度传感器5104和电阻加热元件5106保持在箱306中的流体307内。

图52示出了安装在站台300的侧壁5110上的安装构件5102的剖视图。如图52所示，安装构件5102可被布置成缠绕侧壁5110的顶部并覆盖侧壁5110的顶部(例如，通过摩擦配合固定)，同时将温度传感器5104和电阻加热元件5106保持在期望位置。电阻加热元件5106可设置在箱305中，在具有温度传感器5104的反馈回路中，以便在模拟外科手术之前快速加热血液模拟流体307(例如，至37.5摄氏度)，然后通过内部加热器4900(参见图49)将流体保持在期望的温度。电阻加热元件5106可由外部电源5108供电。

图53A、图53B和图53C示出了用于物理模拟器装置202的辅助加热器的另一个实施例的不同特征。

例如，如图53A所示，可以提供辅助加热器5300，辅助加热器5300包括两个安装部分5304和帽部分5302，两个安装部分5304被配置成缠绕在站台300的相对侧壁5110和5112周围和在站台300的相对侧壁5110和5112之上；帽部分5302在这两个安装部分5304之间延伸。

图53B示出了图53A的辅助流体加热器5300的安装部分5304的剖视图。如图53B所示，安装部分5304可以包括具有第一磁体5306的第一竖直延伸部5308和具有第二磁体5313的第二竖直延伸部5310。如图所示，箱306的侧壁5112可包括磁体5309和5311，磁体5309和5311被配置为与安装部分5304的磁体5306和5313磁性接合，以将辅助加热器5300临时固定到箱306。侧壁5110可包括类似于磁体5309和5311的磁体，该磁体用于与辅助加热器5300的另一安装部分5304中的磁体磁性接合。如图53C所示，电阻加热元件5390可从帽部分5302延伸到血液模拟流体307中(当安装部分5304被安装到侧壁5110和5112时)，以在模拟外科手术之前快速加热流体307(例如，到37.5摄氏度)。

如图54所示，物理模拟器装置202可以包括冲洗***5400，冲洗***5400被配置成耦接到站台300上以便从站台300冲洗血液模拟流体307。如图54所示，冲洗***5400可以包括在冲洗阀5402与冲洗容器5406之间延伸的外部冲洗管道5404。在一些实施例中，冲洗***5400可以包括外部冲洗泵(例如，如图54的冲洗管道5404上所示)。另外地或可替代地，站台300可以包括泵，该泵可以用于将流体冲洗到流体管道5404。

图55示出了在站台300内部，流体流动***909如何在冲洗阀5402之前在出口管4804与入口管4814之间的相交处包括Y形管5500。图55包括示出当冲洗阀5402关闭时出口管4804和入口管4814内的流体流动的箭头(注意，为了本说明书的清晰起见，图55中未示出流体控制***909的其他特征，诸如加热器4900、泵4808和腔室4810)。相比之下，图56包括箭头，该箭头示出了当冲洗阀5402打开时出口管4804、入口管4814和冲洗管道5404内的流体流动。图55和图56各自还包括Y形管5500的放大视图，并且示出了Y形管可以如何在出口管4804与冲洗部分5512之间包括限制部5509，在与返回部段5510相交的位置处通向入口管4814，进而产生文丘里效应以帮助促进***的冲洗。图57示出了显示Y形管5500的收缩的进一步细节的剖视透视图。由Y形管5500的收缩产生的文丘里效应允许站台300中的泵4808被用于在站台内循环流体，并且产生抽吸以冲洗站台。限制部5509可以使管4804的直径从例如大约10mm变窄到大约8mm、6mm或4mm(作为示例)。在图54-图57的示例中，流体控制***909包括设置在冲洗阀5402与用于箱306的入口管4814和出口管4804两者之间的Y形管5500。

图58示出了安装在物理模拟器装置的站台的箱中期间的患者特定药筒的示意性侧视图。在图58的示例中，患者独立框架2500的远侧支撑件3110可以被首先放置在抵靠箱306的侧壁1491中的通路端口718的站台中，同时框架2500的基座部分3108朝向箱306的底壁4700旋转，直到基座部分3108接触底壁4700并且部分3112与侧壁1489接触，如图59所示。

图60示出了框架2500的部分3112如何可以包括接合特征，例如磁体6000。如图61所示，箱306的侧壁1489可设置有相应的接合特征6100，用于与框架2500上的接合特征6000接合，以将药筒308固定在箱306内。例如，图62包括示出框架2500的部分3112和箱306的侧壁1489之间的磁性接合的箭头6200。布置在患者独立框架2500上的磁体6000(例如，与箱306的侧壁中的磁体6100一起)有助于促进患者特定药筒308在手术模拟器装置202中的即插即用的安装和移除。

在图60-图62的示例中，框架2500包括基座部分3108，该基座部分3108被配置成当患者特定药筒308被安装在箱中时邻接箱306的底表面1402。框架2500还包括开口2609以及近侧部分3112，开口2609被配置成与箱306的第一侧壁1491上的通路端口718对准，近侧部分3112包括至少一个接合构件(例如，磁体6000中的一个或更多个)，该至少一个接合构件被配置成与箱306的相对的第二侧壁1489上的对应接合构件(例如，磁体6100中的一个或更多个)接合。

图63示出了当框架2500的部分3112与箱306的侧壁1489之间的磁性接合将框架2500的第一侧保持在箱306内的适当位置中时，通路端口718与框架2500的远端部分3110之间的接合可以如何将框架2500的相对侧保持在箱306内的适当位置中。

作为使用本文公开的技术的方法的一个说明性示例，描述了一种方法，该方法包括设置外科手术模拟装置202，外科手术模拟装置202具有站台300、箱306和脉管通路***302，站台300具有壳体309，箱306被形成在壳体309中，脉管通路***302耦接到壳体上。该方法可以包括在箱306中设置患者特定药筒308，患者特定药筒308包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型2502。该方法还可包含***成像装置，例如超声探头505，从壳体上的食道通路端口304穿过壳体内的食道通路***700，穿过箱中的第一端口714、进入患者特定药筒308下方的箱306的底表面1402中的凹部1400中。该方法还可包括从脉管通路***302的脉管通路端口310***外科手术元件(例如，导丝和/或一个或更多个心脏介入装置)，穿过脉管通路***的主管腔1700，并且经由箱306中的第二端口718进入患者特定模型2502的一部分。该方法还可包括，在将患者特定药筒308设置在箱306中之前，将患者特定模型2502的第一接口部分3100、第二接口部分3103和第三接口部分3102耦接至患者特定药筒308的框架2500中的对应的第一开口2609、第二开口2611和第三开口2613。该方法还可以包括使血液模拟流体307循环穿过箱306和患者特定模型2502的至少部分(例如，使用流体控制***909)。该方法还可以包括用站台300中的加热器4900加热血液模拟流体307。该方法还可包括在用站台300中的加热器4900加热血液模拟流体307之前，用配置成附接到站台300的至少一个侧壁5110的辅助加热器(例如，辅助加热器5100或辅助加热器5300)预加热血液模拟流体307。该方法还可以包括当患者特定药筒处于箱中时，使用患者特定模型2502中的或者一个患者特定模型2502中的X射线衰减材料来获得患者特定药筒308的荧光透视图像。

患者特定模型可以包括右心房、隔膜和左心房，并且该方法可以包括经由箱中的第二端口将外科手术元件***到患者特定模型的右心房中。该方法还可包括用外科手术元件刺穿患者特定模型的隔膜。该方法还可以包括使装置通过穿刺隔膜进入患者特定模型的左心房。患者特定模型还可包括左心耳，并且该方法还可包括用该装置闭塞患者特定模型的左心耳。患者特定模型的隔膜、左心房和左心耳具有的机械和声学特性分别对应于患者的隔膜、左心房和左心耳的机械和声学特性。该方法还可以包括使用成像装置生成患者特定药筒的超声图像。

虽然本说明书包含许多具体实现细节，但这些细节不应被解释为对任何发明或可以要求保护的内容的范围的限制，而是被解释为对具体发明的具体实现所特有的特征的描述。本说明书中在单独实施例的背景中描述的某些特征还可以在单个实施例中组合地实施。相反，在单个实施例的背景中描述的不同特征也可以分别在多个实施例中或以任何合适的子组合中实现。此外，尽管可在上文中以某些组合描述特征且甚至最初也如此要求保护，但在一些情况下，可从该组合切除来自所要求保护组合的一个或更多个特征，且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变体。

类似地，尽管本文可以按特定顺序描述操作，但这不应被理解为要求以特定顺序或按顺序执行此类操作，或要求执行所有示出的操作，以便实现期望的结果。

此外，在以上描述的实施例中不同***部件的分离不应被理解为在所有实施例中都要求这种分离，并且应理解的是，所描述的部件和***通常可以一起集成在单个产品中或封装到多个产品中。

本说明书中所描述的主题和操作的部分的实施例可以在数字电子电路或者在有形介质、固件或硬件上实现的计算机软件(包括本说明书中所公开的结构及其结构等效物)中实现，或者在它们中的一个或更多个的组合中实现。本说明书中描述的主题的部分的实施例可被实现为在有形介质上具体化的一个或更多个计算机程序，即，在一个或更多个计算机存储介质上编码的计算机程序指令的一个或更多个模块，以由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。计算机存储介质可以是或者被包括在计算机可读存储装置、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或装置或者它们中的一个或更多个的组合。计算机存储介质还可以是或包括在一个或更多个单独的部件或介质(例如，多个CD、磁盘或其他存储装置)中。计算机存储介质可以是有形的和非暂时性的。

对“或”的引用可以被解释为包括性的，这样使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个和所有所描述的术语中的中的任何一个。标记“第一”、“第二”、“第三”等不一定表示顺序，并且通常仅用于在类似或相似的事物或元素之间进行区分。

对本公开中所描述的实施例的不同修改对本领域技术人员而言可以是显然的，并且在不背离本公开的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施例。由此，权利要求书不旨在限于本文中所示出的实施例，而应被赋予与本文中所公开的本公开、原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (78)

1.一种外科手术模拟装置，包括：

患者特定药筒，所述患者特定药筒包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型，所述患者特定模型包括被配置成模仿所述患者的心脏的一部分的解剖学形状和机械行为的至少一部分；

站台，所述站台具有壳体；

箱，所述箱被形成在所述壳体中并且被配置成接收所述患者特定药筒；

食道通路***，所述食道通路***在所述壳体上的食道通路端口与所述箱中的第一端口之间、在所述壳体内延伸；以及

脉管通路***，所述脉管通路***包括第一端和第二端，所述第一端具有脉管通路端口，所述第二端被配置为流体地耦接至所述箱中的第二端口。

2.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，还包括凹部，所述凹部位于所述箱的底表面中并且与所述箱中的第一端口对准，其中，所述凹部具有沿所述箱的底表面的宽度，所述宽度比经食道超声心动图探针更宽。

3.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中，所述心脏的一部分包括所述心脏的右心房、左心房、旋动脉、主动脉、左心耳和隔膜。

4.根据权利要求3所述的外科手术模拟装置，其中，所述患者特定模型的右心房流体地被耦接至所述血管通路***内的内管腔，所述内管腔至少复制普通患者的股静脉、髂总静脉和下腔静脉。

5.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中所述血管通路***包括在其近端的密封膜，并且其中所述站台包括通路端口，所述通路端口从与所述血管通路***的接口延伸到所述箱中的第二端口。

6.根据权利要求5所述的外科手术模拟装置，其中，所述通路端口包括双腔管，所述双腔管包括中心管腔和外环形腔室。

7.根据权利要求6所述的外科手术模拟装置，其中，所述双腔管还包括通孔阵列，所述通孔阵列将所述中心管腔流体地耦接至所述外环形腔室。

8.根据权利要求7所述的外科手术模拟装置，其中，所述通孔中的每一个与所述箱成一定角度，以防止在经由所述血管通路******到所述箱中期间卡住外科手术器械。

9.根据权利要求7所述的外科手术模拟装置，其中，所述站台的壳体还包括回流流体通道，所述回流流体通道流体地耦接所述外环形腔室和所述箱。

10.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中，所述食道通路***包括位于所述壳体内的第一管部段和第二管部段，所述第一管部段从所述壳体上的食道通路端口延伸至所述第二管部段，并且所述第二管部段从所述第一管部段延伸至所述箱内的第一端口。

11.根据权利要求10所述的外科手术模拟装置，其中所述第一管部段包括第一弯曲部和基本笔直的导管，所述第一弯曲部位于近端处，所述基本笔直的导管从所述第一弯曲部延伸至所述第二管部段。

12.根据权利要求11所述的外科手术模拟装置，其中，所述第二管部段包括第二弯曲部。

13.根据权利要求12所述的外科手术模拟装置，其中所述第二弯曲部在所述基本笔直的导管和所述箱的底表面之间形成130度和170度之间的角度。

14.根据权利要求13所述的外科手术模拟装置，其中，所述食道通路***还包括第一膜和第二膜，所述第一膜位于所述食道通路端口处，所述第二膜位于所述第一管部段与所述第二管部段之间的界面处。

15.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中，所述食道通路端口、所述脉管通路端口和所述箱被相对定位，以分别复制普通患者的口、股静脉通路位置和心脏的相对位置。

16.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中，所述患者特定模型包括卵形窝，所述卵形窝具有与所述患者的心脏的卵形窝的柔性对应的柔性。

17.根据权利要求16所述的外科手术模拟装置，其中，所述患者特定模型的卵形窝包括内增强层和两个外层，所述内增强层包括蜂窝结构的阵列。

18.根据权利要求17所述的外科手术模拟装置，其中，所述患者特定模型的卵形窝具有随着距其中心的径向距离的增加而减小的柔性。

19.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中，所述患者特定药筒包括框架，所述框架被配置为将所述患者特定模型耦接至所述箱。

20.根据权利要求19所述的外科手术模拟装置，其中，所述框架包括第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口、所述第二开口和所述第三开口被配置成与所述箱中的第一通路端口、第二通路端口和第三通路端口对准。

21.根据权利要求20所述的外科手术模拟装置，其中，所述患者特定模型包括：

患者特定部分，所述患者特定部分对应于所述患者的心脏的一部分的解剖学形状；以及

第一接口部分、第二接口部分和第三接口部分，所述第一接口部分、所述第二接口部分和所述第三接口部分偏离所述患者的心脏的对应部分的解剖学形状，以在所述患者特定部分与所述第一开口、所述第二开口和所述第三开口之间延伸。

22.根据权利要求21所述的外科手术模拟装置，其中所述第一接口部分、所述第二接口部分和所述第三接口部分分别对应于所述患者特定模型的上腔静脉接口部分、下腔静脉接口部分和上肺静脉接口部分。

23.根据权利要求21所述的外科手术模拟装置，其中所述患者特定模型包括模拟右心房，所述模拟右心房具有窗口。

24.根据权利要求20所述的外科手术模拟装置，其中，所述框架包括：

基座部分，所述基座部分被配置成当所述患者特定药筒被安装在所述箱中时邻接所述箱的底表面；以及

开口，所述开口被配置成与所述箱的第一侧壁上的通路端口对准；以及

近端部分，所述近端部分包括至少一个接合构件，所述至少一个接合构件被配置成用于与所述箱的相对的第二侧壁上的相应接合构件相接合。

25.根据权利要求24所述的外科手术模拟装置，其中，所述框架的近端部分的所述至少一个接合构件和所述箱的相对的第二侧壁上的相应的接合构件均包括磁体。

26.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中，所述患者特定模型包括至少一个壁部分，所述至少一个壁部分具有X射线衰减涂层。

27.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，其中所述患者特定模型包括至少一个壁部分，所述至少一个壁部分具有外层、内层和X射线衰减材料，所述X射线衰减材料***在所述外层和所述内层之间。

28.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，还包括脊柱模拟卡，所述脊柱模拟卡被布置在邻近所述箱的底壁、所述箱的外部。

29.根据权利要求1所述的外科手术模拟装置，还包括所述站台中的流体控制***，所述流体控制***被配置成使血液模拟流体循环通过所述箱和所述患者特定模型的至少一部分。

30.根据权利要求29所述的外科手术模拟装置，其中，所述流体控制***包括：

出口管，所述出口管被耦接至所述箱中的第一开口；

入口管，所述入口管被耦接至所述箱中的第二开口；以及

泵，所述泵被配置为移动所述血液模拟流体通过所述入口管、所述箱和所述出口管。

31.根据权利要求30所述的外科手术模拟装置，其中所述流体控制***还包括在所述出口管上的过滤器。

32.根据权利要求31所述的外科手术模拟装置，其中所述流体控制***还包括加热器，所述加热器设置在所述泵和所述第二开口之间。

33.根据权利要求32所述的外科手术模拟装置，其中所述流体控制***还包括腔室，所述腔室具有布置在所述加热器和所述第二开口之间的空气腔。

34.根据权利要求33所述的外科手术模拟装置，其中，所述流体控制***还包括冲洗阀和Y形管，所述Y形管被布置在所述冲洗阀与所述入口管和所述出口管两者之间。

35.一种用于外科手术模拟器装置的患者特定药筒，所述患者特定药筒包括：

患者独立框架，所述患者独立框架具有第一开口、第二开口和第三开口；以及

患者特定心脏模型，包括：

右心房；

左心房和隔膜，所述左心房和所述隔膜具有与患者的所述左心房和所述隔膜的机械特性和解剖学形状特性对应的机械特性和解剖学形状特性；

上腔静脉接口部分，所述上腔静脉接口部分偏离所述患者的上腔静脉的解剖学形状，并且在所述右心房与所述患者独立框架中的第一开口之间延伸；

下腔静脉接口部分，所述下腔静脉接口部分偏离所述患者的下腔静脉的解剖学形状，并且在所述右心房与所述患者独立框架中的第二开口之间延伸；以及

上肺静脉接口部分，所述上肺静脉接口部分偏离所述患者的肺静脉的解剖学形状，并且在所述左心房与所述患者独立框架中的第三开口之间延伸。

36.根据权利要求35所述的患者特定药筒，其中所述患者特定心脏模型还包括左心耳，所述左心耳具有与所述患者的左心耳的机械特性和解剖学形状特性相对应的机械特性和解剖学形状特性。

37.根据权利要求36所述的患者特定药筒，其中，所述左心耳在其内表面上包括多个凹陷。

38.根据权利要求36所述的患者特定药筒，其中所述患者特定心脏模型包括具有至少一部分包含X射线衰减材料的壁。

39.根据权利要求35所述的患者特定药筒，还包括至少一个磁体，所述至少一个磁体被设置在所述患者独立框架上以促进所述患者特定药筒在所述外科手术模拟器装置中的即插即用式安装和移除。

40.根据权利要求35所述的患者特定药筒，还包括在所述右心房中的窗口。

41.根据权利要求35所述的患者特定药筒，其中所述右心房包括与所述患者的右心房的机械特性和解剖学形状特性对应的机械特性和解剖学形状特性。

42.根据权利要求35所述的患者特定药筒，其中所述右心房包括与普通患者的右心房的机械特性和解剖学形状特性对应的机械特性和解剖学形状特性。

43.根据权利要求35所述的患者特定药筒，其中所述患者独立框架包括从所述第二开口的下方延伸的弯曲的支撑结构。

44.根据权利要求35所述的患者特定药筒，其中所述患者特定心脏模型还包括主动脉环，所述主动脉环具有与所述患者的主动脉环的机械和解剖学形状特性相对应的机械和解剖学形状特性。

45.一种外科手术模拟装置，包括：

患者特定药筒，所述患者特定药筒复制特定患者的器官的解剖学特征和声学特征；

站台，所述站台包括箱，所述箱被配置成接收所述患者特定药筒；

外科手术通路***，所述外科手术通路***耦接到所述站台并且包括从外科手术通路端口延伸到用于所述箱的通路端口的管腔，所述管腔被配置成模拟普通患者的血管；以及

成像通路***，所述成像通路***在所述站台内从成像通路端口延伸至所述箱，所述成像通路***包括被配置成模拟所述普通患者内的成像通路路径的管腔。

46.根据权利要求45所述的外科手术模拟装置，还包括所述箱内的血液模拟流体。

47.根据权利要求46所述的外科手术模拟装置，还包括在所述站台内的泵，所述泵被布置为使所述血液模拟流体循环通过所述箱。

48.根据权利要求47所述的外科手术模拟装置，还包括用于所述血液模拟流体的过滤器。

49.根据权利要求48所述的外科手术模拟装置，还包括在所述站台内用于所述血液模拟流体。

50.根据权利要求45所述的外科手术模拟装置，其中所述器官包括心脏。

51.根据权利要求50所述的外科手术模拟装置，其中所述血管包括所述患者的股静脉。

52.根据权利要求51所述的外科手术模拟装置，其中所述患者特定药筒复制所述特定患者的至少一个隔膜、左心房和主动脉环的解剖学特征和声学特征。

53.根据权利要求45所述的外科手术模拟装置，其中所述箱包括在其底表面中的凹部，所述凹部被配置成接收来自模拟成像通路路径的超声探头。

54.根据权利要求53所述的外科手术模拟装置，其中所述模拟成像通路路径包括所述普通患者的模拟食道。

55.根据权利要求54所述的外科手术模拟装置，其中所述站台包括脊柱阴影复制特征，并且其中所述患者特定药筒包括X射线衰减材料。

56.一种外科手术模拟装置，包括：

站台，所述站台具有壳体；

箱，所述箱被形成在所述壳体中并且被配置成接收患者特定药筒，所述患者特定药筒包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型，其中所述箱包括底壁，所述底壁具有第一表面和相对的第二表面，所述第一表面形成所述箱的底表面；

食道通路***，所述食道通路***在所述壳体上的食道通路端口与所述箱中的第一端口之间、在所述壳体内延伸；

脉管通路***，所述脉管通路***包括第一端和第二端，所述第一端具有脉管通路端口，所述第二端被配置为流体地耦接至所述箱中的第二端口；以及

脊柱阴影模拟卡，所述脊柱阴影模拟卡被设置在所述壳体内、邻近所述箱的底壁的相对的第二表面。

57.根据权利要求56所述的外科手术模拟装置，其中所述患者特定模型包括与所述患者心脏的机械特征和声学特征相对应的机械特征和声学特征。

58.根据权利要求57所述的外科手术模拟装置，其中，所述食道通路***被配置为允许通过用于所述患者特定药筒的超声成像的超声探头访问所述箱。

59.根据权利要求58所述的外科手术模拟装置，其中所述脊柱阴影模拟卡包括基底和在所述基底上的脊柱模拟特征。

60.根据权利要求59所述的外科手术模拟装置，其中所述脊柱模拟特征包括印刷在所述基底的表面上的X射线交互油墨。

61.根据权利要求59所述的外科手术模拟装置，其中所述脊柱模拟特征包括与所述患者的脊柱的一个或更多个椎骨的形状相对应的图案。

62.根据权利要求59所述的外科手术模拟装置，其中所述脊柱模拟特征包括与普通患者的脊柱的一个或更多个椎骨的形状相对应的图案。

63.根据权利要求59所述的外科手术模拟装置，其中所述箱的底壁包括凹部，所述凹部与所述箱中的第一端口对准。

64.根据权利要求56所述的外科手术模拟装置，其中当所述患者特定药筒被安装在所述箱中时，所述箱中的第二端口被配置成与所述患者特定模型的右心房的开口对准。

65.根据权利要求64所述的外科手术模拟装置，其中所述箱包括两个附加端口，当所述患者特定药筒被安装在所述箱中时，所述两个附加端口被配置成与所述患者特定模型中的两个附加开口对准。

66.一种外科手术模拟装置，包括权利要求1至权利要求65的任一组合。

67.一种方法，包括：

提供外科手术模拟装置，所述外科手术模拟装置具有站台、箱和脉管通路***，所述站台具有壳体，所述箱被形成在所述壳体中，所述脉管通路***被耦接到所述壳体；

提供患者特定药筒，所述患者特定药筒在所述箱中，所述患者特定药筒包括患者心脏的至少一部分的患者特定模型；

将成像装置从所述壳体上的食道通路端口穿过所述壳体内的食道通路***、穿过所述箱中的第一端口、***到所述患者特定药筒下方的所述箱的底表面中的凹部中；以及

将手术元件从所述脉管通路***的脉管通路端口、穿过所述脉管通路***的主管腔、经由所述箱中的第二端口***到所述患者特定模型的一部分中。

68.根据权利要求67所述的方法，还包括在所述箱中设置所述患者特定药筒之前，将所述患者特定模型的第一接口部分、第二接口部分和第三接口部分耦接至所述患者特定药筒的框架中的对应的第一开口、第二开口和第三开口。

69.根据权利要求67所述的方法，还包括使血液模拟流体循环通过所述箱和所述患者特定模型的至少部分。

70.根据权利要求69所述的方法，还包括用所述站台中的加热器加热所述血液模拟流体。

71.根据权利要求70所述的方法，还包括：在用所述站台中的所述加热器加热所述血液模拟流体之前，用配置成附接到所述站台的至少一个侧壁的辅助加热器预加热所述血液模拟流体。

72.根据权利要求67所述的方法，其中所述患者特定模型包括右心房、隔膜和左心房，并且其中所述方法还包括经由所述箱中的所述第二端口将所述手术元件***所述患者特定模型的右心房中。

73.根据权利要求72所述的方法，还包括用所述外科手术元件穿刺所述患者特定模型的隔膜。

74.根据权利要求73所述的方法，还包括使装置穿过所述穿刺隔膜至所述患者特定模型的左心房中。

75.根据权利要求74所述的方法，其中所述患者特定模型还包括左心耳，并且其中所述方法还包括用所述装置闭塞所述患者特定模型的左心耳。

76.根据权利要求75所述的方法，其中，所述患者特定模型的至少所述隔膜、所述左心房和所述左心耳分别具有对应于所述患者的隔膜、左心房和左心耳的机械特征和声学特征的机械特征和声学特征。

77.根据权利要求76所述的方法，还包括使用所述成像装置生成所述患者特定药筒的超声图像。

78.根据权利要求77所述的方法，还包括在所述患者特定药筒处于所述箱中时捕获所述患者特定药筒的荧光透视图像。

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