專(zhuān)利名稱(chēng)：編輯用于仿真的物理系統(tǒng)的模型的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及用于計(jì)算機(jī)軟件的編輯器，以及更具體地涉及用 于計(jì)算機(jī)仿真的編輯器。
背景技術(shù)：
過(guò)去已經(jīng)使用物理系統(tǒng)的仿真器以提供用于物理系統(tǒng)的訓(xùn)練環(huán) 境，所述物理系統(tǒng)可能成本太高或太危險(xiǎn)而不能通過(guò)進(jìn)行實(shí)際行為來(lái) 學(xué)習(xí)。例如，飛行仿真器可以用于教導(dǎo)飛行員駕駛飛機(jī)的技能而不會(huì) 使飛行員經(jīng)受損害實(shí)際飛機(jī)或傷害飛行員的風(fēng)險(xiǎn)。然而，編輯供仿真 器內(nèi)使用的飛機(jī)或飛機(jī)的一部分的模型傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)需要在整個(gè)仿真器中 編輯模型和測(cè)試修改后的模型，而不是僅僅測(cè)試修改后的組件無(wú)需運(yùn) 行整個(gè)仿真。此外，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真器不允許正在被仿真的模型的分 立單元的修改和測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例包括用于修改物理系統(tǒng)的模型的系 統(tǒng)，包括圖形用戶(hù)界面，其配置來(lái)顯示與物理系統(tǒng)的模型相關(guān)聯(lián)的至 少一個(gè)參數(shù)，并接收該至少一個(gè)參數(shù)的修改。該示例性實(shí)施例還包括 處理器，其配置來(lái)從圖形用戶(hù)界面接收至少一個(gè)參數(shù)的修改，并執(zhí)行 包括該至少一個(gè)參數(shù)的修改的物理系統(tǒng)的模型的一部分的仿真。輸入 裝置可以與處理器通信，該輸入裝置可以配置來(lái)發(fā)射輸入信號(hào)到處理器，該輸入信號(hào)與輸入裝置的狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。該示例性實(shí)施例還可以包 括致動(dòng)器，其配置來(lái)接收致動(dòng)器信號(hào)并施加力到輸入裝置，該力至少 部分地基于該輸入信號(hào)以及對(duì)使用該至少一個(gè)參數(shù)的修改的該部分所 述物理系統(tǒng)的模型的仿真。
本發(fā)明的另一實(shí)施例包括用于編輯物理系統(tǒng)的模型的方法，該方 法包括顯示與物理系統(tǒng)的模型相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)參數(shù)；接收該至少 一個(gè)參數(shù)的修改；以及執(zhí)行包括該至少一個(gè)參數(shù)的修改的物理系統(tǒng)的 模型的一部分的仿真。在另一實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括用于執(zhí) 行該方法的代碼。
這些示例性實(shí)施例意圖并不是限制或限定本發(fā)明，而是提供實(shí)例 來(lái)協(xié)助理解本發(fā)明。示例性實(shí)施例在"具體實(shí)施方式
"中討論，并且 其中提供本發(fā)明的進(jìn)一步描述。由本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例提供的優(yōu)點(diǎn)可 以進(jìn)一步通過(guò)分析本說(shuō)明書(shū)而理解。


圖1示出用于編輯用于仿真的物理系統(tǒng)的模型的系統(tǒng)的本發(fā)明一 個(gè)實(shí)施例的框圖2示出在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的物理系統(tǒng)的模型的編輯器中的 圖形用戶(hù)界面(GUI);
圖3示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中允許用戶(hù)選擇模型的編輯模式的對(duì) 話(huà)框和上下文相關(guān)(context-sensitive)菜單；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的 GUI組件；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的 GUI組件；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的 GUI組件；
圖7和8示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的GUI組件；
圖9和IO示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型 的GUI組件；
圖11和12示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模 型的GUI組件；
圖13示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的 GUI組件；
圖14和15示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模
型的GUI組件；
圖16-21示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的編輯器的GUI組件；
圖22示出流程圖，其描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理
系統(tǒng)的模型的方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例提供了編輯用于仿真的物理系統(tǒng)的模型的系統(tǒng)和 方法。
示例性血管內(nèi)仿真(endovascular simulation)編輯器
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)采用編輯器來(lái)編輯供仿真程序使用 的血管內(nèi)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)特性。在用戶(hù)修改一個(gè)或多個(gè)特性之后， 用戶(hù)能夠執(zhí)行模型的修改的部分的仿真，而無(wú)需執(zhí)行在仿真環(huán)境中釆 用整個(gè)模型的完全仿真。例如，用戶(hù)可以修改與人體心臟的腔壁相關(guān) 聯(lián)的厚度特性。然后，用戶(hù)執(zhí)行僅僅修改的壁的仿真，例如用來(lái)顯示 或經(jīng)由輸入裝置交互，從而隔離并測(cè)試心臟的修改的部分。這可以向 用戶(hù)提供相較于仿真環(huán)境中的整個(gè)模型的仿真中的實(shí)踐來(lái)說(shuō)更快、更 集中的對(duì)修改的特性的測(cè)試。
給出該示例性實(shí)例以向讀者引入這里討論的大致主題。本發(fā)明不 限于該實(shí)例。以下部分描述用于編輯用于仿真的物理系統(tǒng)的模型的系 統(tǒng)和方法的多種實(shí)施例。仿真程序的示例性系統(tǒng)
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，物理系統(tǒng)的模型包括描述物理系統(tǒng)的多 個(gè)特性的結(jié)構(gòu)。例如，人體心臟的模型可以包括包含心臟特性的數(shù)據(jù) 文件，這些心臟特性包括心臟的尺寸和形狀、心臟腔的尺寸和形狀、 多個(gè)位置處的心臟的壁厚度、或其他特性。模型結(jié)構(gòu)中的特性可以包 括建模的物理系統(tǒng)的很多不同方面，包括結(jié)構(gòu)的、電學(xué)的、振動(dòng)的和 其他的特性。例如，心臟模型可以包括結(jié)構(gòu)特性，以及關(guān)于與心臟相 關(guān)聯(lián)的血管、神經(jīng)、組織和其他生物系統(tǒng)的信息。
該模型可以在仿真程序中應(yīng)用以允許仿真程序的用戶(hù)來(lái)與模型交 互，從而在物理系統(tǒng)的使用或操縱方面對(duì)用戶(hù)進(jìn)行訓(xùn)練。例如，釆用 人體心臟模型的仿真程序可以允許醫(yī)科學(xué)生來(lái)研究心臟或在建模的心 臟上執(zhí)行仿真外科手術(shù)而無(wú)需執(zhí)行真實(shí)的心臟手術(shù)。
該模型還可以用在微創(chuàng)手術(shù)(MIS)的仿真中。MIS是跨全部醫(yī) 學(xué)學(xué)科的手術(shù)領(lǐng)域。在MIS中，使用專(zhuān)用器械來(lái)執(zhí)行操作，這些專(zhuān)用 器械被設(shè)計(jì)為通過(guò)微小的小孔而不是通過(guò)一個(gè)或多個(gè)切口來(lái)配入身體 中。MIS技術(shù)很大部分被贊同，因?yàn)檫@樣的事實(shí)，現(xiàn)今近一半的手術(shù) 無(wú)需臥床，或者基于門(mén)診病人來(lái)執(zhí)行。MIS通常導(dǎo)致病人較少的疼痛、 傷疤和恢復(fù)時(shí)間，以及降低的醫(yī)療成本(由于更短的住院)。
在近10多年來(lái)，經(jīng)皮(通過(guò)皮膚接入血管)冠脈介入術(shù)(PCI) 已經(jīng)取代了開(kāi)放心臟手術(shù)。氣囊和支架(小的絲網(wǎng)管)已經(jīng)被結(jié)合到 PCI中來(lái)治療動(dòng)脈粥樣硬化，并且已知為經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形術(shù) (PTCA)，其中，腔內(nèi)(transluminal)表示在血管內(nèi)執(zhí)行的手術(shù)。導(dǎo) 管，其是薄的柔性管，與引導(dǎo)線(xiàn)一起使用來(lái)獲得接入到病人解剖學(xué)結(jié) 構(gòu)的不同部分中。氣囊和支架然后被用于打開(kāi)阻塞物，供目標(biāo)器官或 物理系統(tǒng)的再灌注。然后可以將氣囊和支架放置在心臟、腦、腎、腹 部、腿和頸中。為了提供多種訓(xùn)練場(chǎng)景，提供物理系統(tǒng)的多個(gè)不同模型是有利的。 例如，可以對(duì)不同尺寸、形狀、年齡和具有不同病理的心臟建模以為 醫(yī)科學(xué)生提供廣泛的訓(xùn)練仿真。為了提供人體心臟的模型的不同變化， 創(chuàng)建這樣的人體心臟的基本模型是有利的，其稍后可被修改或定制， 而不是以對(duì)每個(gè)期望變化的新模型來(lái)重新開(kāi)始。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，用于仿真的物理系統(tǒng)的模型的編輯器包 括執(zhí)行計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)軟件包括圖形用戶(hù)界面。圖
形用戶(hù)界面可以允許用戶(hù)查看和操縱物理系統(tǒng)的模型(諸如人體心臟 的醫(yī)學(xué)模型)的圖形表示。盡管使用人體心臟作為可被建模的物理系 統(tǒng)的實(shí)例，但是物理系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)模型可以包括人體的其他器官或其他 部分、其他植物或動(dòng)物的器官或部分、或者其他生物體，諸如細(xì)菌、 病毒和胚胎。除了醫(yī)學(xué)模型外，還可以對(duì)其他物理系統(tǒng)建模，諸如機(jī) 械或電氣系統(tǒng)的模型、或者機(jī)械的或電的或者其他類(lèi)型的物理系統(tǒng)的 子系統(tǒng)或部分。在一個(gè)實(shí)施例中，編輯器的用戶(hù)能夠旋轉(zhuǎn)、縮放、選 擇模型的一部分、選擇模型的特定層或子系統(tǒng)、或執(zhí)行類(lèi)似操作，該 類(lèi)似操作允許用戶(hù)準(zhǔn)確地編輯與模型相關(guān)聯(lián)的期望屬性或參數(shù)。此外， 能夠隔離并測(cè)試修改而無(wú)需在仿真環(huán)境中運(yùn)行模型的完全仿真對(duì)于用 戶(hù)可能是有利的。此外，允許用戶(hù)與被修改的模型或模型的部分交互 以更接近地檢查對(duì)模型進(jìn)行的修改，可能是有利的。
用戶(hù)還能夠使用該示例性實(shí)施例來(lái)修改模型的一個(gè)或多個(gè)特性或 參數(shù)。例如，用戶(hù)可能能夠修改模型的結(jié)構(gòu)特性，諸如尺寸或形狀。 用戶(hù)可能能夠修改模型的子系統(tǒng)或子部分，諸如電學(xué)子系統(tǒng)、液力 (hydraulic)子系統(tǒng)、肌肉子系統(tǒng)、或模型中的其他子系統(tǒng)或子部分。
例如，模型可以表示人體心臟。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例可以允許用戶(hù) 使用一個(gè)或多個(gè)界面單元，諸如菜單、窗口、滑動(dòng)條、轉(zhuǎn)盤(pán)或其他器 具，來(lái)調(diào)節(jié)心臟的尺寸、心臟的壁厚、心臟內(nèi)一個(gè)或多個(gè)腔的放置或形狀、或心臟的形狀。例如，用戶(hù)可能能夠打開(kāi)與心臟形狀相關(guān)的窗 口，其中，該窗口包括一個(gè)或多個(gè)參數(shù)和對(duì)應(yīng)的值。用戶(hù)可能能夠改 變一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的值，其然后導(dǎo)致人體心臟的模型中的相應(yīng)改變。 參數(shù)的改變還能夠改變模型的圖形表示，向修改的用戶(hù)提供可視反饋。 此外，修改可以導(dǎo)致與模型相關(guān)聯(lián)的感覺(jué)或觸覺(jué)效果發(fā)生變化。例如， 對(duì)于心臟壁厚的修改可能導(dǎo)致對(duì)與修改的壁交互的輸入裝置或手術(shù)工 具的增加的阻力。在一個(gè)實(shí)施例中，心臟的電學(xué)性能的改變可能導(dǎo)致 與心臟收縮的增加強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的輸入裝置上的增加的振動(dòng)。還可能提供 多種其他觸覺(jué)效果，諸如抵抗的觸覺(jué)效果、活動(dòng)的觸覺(jué)效果(active haptic effect)以及振動(dòng)觸覺(jué)效果。
用于編輯物理系統(tǒng)的模型的一個(gè)示例性系統(tǒng)還包括與計(jì)算機(jī)或其 他基于處理器的裝置通信的輸入裝置。輸入裝置可以是任何用于與計(jì) 算機(jī)交互的裝置。例如，輸入裝置可以是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、操縱桿或觸摸 品。輸入裝置還可以是用于與仿真交互的仿真裝置。例如，仿真裝置 可以是與關(guān)于正被編輯的模型的仿真一起使用的工具，并且可以用于 測(cè)試對(duì)模型進(jìn)行的修改。例如，仿真裝置可以是與涉及人體心臟的仿 真手術(shù)相關(guān)聯(lián)的醫(yī)療工具，例如導(dǎo)管，可用于測(cè)試向心臟提供營(yíng)養(yǎng)的 血管尺寸的改變。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，仿真裝置可以是醫(yī)療器件， 諸如腹腔鏡、注射器、靜脈內(nèi)針、解剖刀或其他可用于外科手術(shù)或其 他醫(yī)療過(guò)程的工具。在一些實(shí)施例中，仿真裝置還可以是適于另一類(lèi) 型仿真的裝置或器具，諸如操縱桿、方向盤(pán)、軛、節(jié)流閥或類(lèi)似的器 具。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，輸入裝置可以是觸覺(jué)使能的。在該實(shí)施 例中，致動(dòng)器可以耦合到輸入裝置以向輸入裝置提供觸覺(jué)效果，其可 以提供與模型的更真實(shí)的仿真交互。例如，用戶(hù)可以通過(guò)仿真導(dǎo)管插 入到血管中來(lái)測(cè)試心臟模型的修改，該血管直徑已經(jīng)被修改。在測(cè)試 期間，處理器可以發(fā)送信號(hào)到致動(dòng)器以使得在輸入裝置上輸出力。例 如，如果要測(cè)試的血管的直徑已經(jīng)在編輯器內(nèi)減少，則處理器可以發(fā)送信號(hào)到致動(dòng)器以使致動(dòng)器向仿真工具施加阻力，從而仿真導(dǎo)管通過(guò) 較小血管的移動(dòng)。
由此，該示例性實(shí)施例提供用于在可由計(jì)算機(jī)或其他基于處理器 的裝置執(zhí)行的圖形用戶(hù)界面內(nèi)編輯物理系統(tǒng)的模型的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可 以允許用戶(hù)與圖形用戶(hù)界面交互以旋轉(zhuǎn)或縮放模型的圖形表示。該系 統(tǒng)還可以允許用戶(hù)通過(guò)菜單、窗口或其他交互單元來(lái)修改模型的一個(gè) 或多個(gè)定義模型的參數(shù)。系統(tǒng)還可以允許用戶(hù)通過(guò)使用觸覺(jué)使能的輸 入裝置來(lái)與模型的修改的部分或者整個(gè)模型交互，從而測(cè)試對(duì)模型的 修改。由此，該示例性系統(tǒng)可以提高可以由物理系統(tǒng)的基本模型創(chuàng)建 的不同仿真場(chǎng)景的開(kāi)發(fā)的容易度和速度。進(jìn)一步，因?yàn)槟Ｐ涂梢愿?br> 易地被調(diào)節(jié)以提供特定的觸覺(jué)響應(yīng)或感覺(jué)，所以可以提供更準(zhǔn)確的模型。
示例性系統(tǒng)
現(xiàn)在參考附圖，其中在多個(gè)圖中，相同參考數(shù)字表示相同的元件， 圖1示出用于編輯用于仿真的物理系統(tǒng)的模型的系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施 例的框圖。圖1所示的實(shí)施例包括耦合到計(jì)算機(jī)102的顯示器101。輸
入裝置104，在這里其還可以稱(chēng)為外科手術(shù)器械，與計(jì)算機(jī)102和致動(dòng) 器105通信。計(jì)算機(jī)102配置為執(zhí)行編輯器103，其包括能夠顯示在顯 示器101上的圖形用戶(hù)界面。計(jì)算機(jī)還被配置為執(zhí)行模型的仿真106。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102可以包括處理器或多個(gè)處理器(未 示出)。處理器包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)107，諸如耦合到處理器的隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器(RAM)。處理器執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序 指令，諸如執(zhí)行用于編輯物理系統(tǒng)的模型的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序。 該處理器可以包括微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專(zhuān)用集成電路
(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)以及狀態(tài)機(jī)(state machine)。 該處理器還可以包括可編程電子器件，諸如PLC、可編程中斷控制器
(PIC)、可編程邏輯器件(PLD)、可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)、
12電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM或EEPROM)、或其他類(lèi)似器件。
該處理器可以包括介質(zhì)或者可以與介質(zhì)通信，所述介質(zhì)例如計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)，其可以存儲(chǔ)指令，當(dāng)由處理器執(zhí)行該指令時(shí)，指令可以 使處理器來(lái)執(zhí)行在這里描述為由處理器執(zhí)行或協(xié)助的步驟。計(jì)算機(jī)可 讀介質(zhì)的實(shí)施例可以包括，但不局限于，能夠向處理器，諸如網(wǎng)絡(luò)服 務(wù)器中的處理器，提供計(jì)算機(jī)可讀指令的電、光、磁或其他存儲(chǔ)或傳 輸設(shè)備。介質(zhì)的其他實(shí)例包括，但是不局限于，軟盤(pán)、CD-ROM、磁 盤(pán)、存儲(chǔ)器芯片、ROM、 RAM、 ASIC、配置的處理器、所有的光學(xué)介 質(zhì)、所有的磁帶或其他磁介質(zhì)、或計(jì)算機(jī)處理器可從其讀取的任何其 他介質(zhì)。并且，多種其他形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以傳送或攜載指令 到計(jì)算機(jī)，諸如路由器、私有或公共網(wǎng)絡(luò)、或其他傳送裝置或信道。 所描述的處理器及處理可以是在一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)中，以及可以通過(guò)一 個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)散布。處理器可以包括用于執(zhí)行這里描述的一個(gè)或多 個(gè)方法(或方法的部分)的代碼。
在圖l所示的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102配置為存儲(chǔ)、加載、導(dǎo)入和 以其他方式保存和加載來(lái)自諸如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)的非易失性存儲(chǔ)器件的數(shù) 據(jù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102可以包括存儲(chǔ)器，例如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)， 該存儲(chǔ)器被配置來(lái)存儲(chǔ)用于實(shí)現(xiàn)編輯器103的程序代碼。計(jì)算機(jī)102 可以與顯示器101通信。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102可以執(zhí)行編輯 器103，并使圖形用戶(hù)界面(GUI)顯示在顯示器101上。用戶(hù)可以利 用例如利用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或其他輸入裝置來(lái)與圖形用戶(hù)界面交互。例如， 用戶(hù)可能能夠從存儲(chǔ)設(shè)備加載物理系統(tǒng)的模型，修改該模型，并將修 改后的模型保存到存儲(chǔ)設(shè)備。用戶(hù)還能夠使計(jì)算機(jī)102執(zhí)行模型或模 型的一部分的仿真，包括對(duì)模型做出的修改。
如果用戶(hù)使計(jì)算機(jī)102執(zhí)行仿真106，則計(jì)算機(jī)可以從輸入裝置104接收信號(hào)。這些信號(hào)在這里可以稱(chēng)為輸入信號(hào)。計(jì)算機(jī)102還可以
發(fā)送信號(hào)到輸入裝置104和/或到致動(dòng)器105。從計(jì)算機(jī)102發(fā)送到輸 入裝置104的信號(hào)在這里可以稱(chēng)為輸出信號(hào)。從計(jì)算機(jī)102發(fā)送到致 動(dòng)器105的信號(hào)在這里可以稱(chēng)為致動(dòng)器信號(hào)。例如，計(jì)算機(jī)可以發(fā)送 信號(hào)到致動(dòng)器105來(lái)使得在輸入裝置104上輸出力。該力可以配置來(lái) 導(dǎo)致觸覺(jué)效果，并且可以是阻力、動(dòng)力(active force)、振動(dòng)力或其他 類(lèi)型的力，下文將更詳細(xì)解釋。
顯示器101可以包括很多不同種顯示裝置中的一種。例如，顯示 器101可以包括陰極射線(xiàn)管(CRT)監(jiān)視器、液晶顯示器(LCD)、或 其他能夠從計(jì)算機(jī)102接收信號(hào)并生成信號(hào)的可視表示的其他顯示裝 置。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示器101可以包括觸摸屏或其他觸敏式顯示 屏。
仿真裝置104可以包括能夠發(fā)送信號(hào)到計(jì)算機(jī)102指示輸入裝置 104的狀態(tài)的裝置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置104可以發(fā)送指 示輸入裝置104的位置的信號(hào)到計(jì)算機(jī)102。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝 置104可以發(fā)送指示輸入裝置104的速度的信號(hào)到計(jì)算機(jī)102。在一個(gè) 實(shí)施例中，輸入裝置14可以發(fā)送指示取向、旋轉(zhuǎn)、平移、加速度或與 輸入裝置104的狀態(tài)有關(guān)的其他信息的信號(hào)到計(jì)算機(jī)102。
在一些實(shí)施例中，輸入裝置104可以包括配置來(lái)仿真醫(yī)療過(guò)程的 裝置。例如，輸入裝置104可以包括配置來(lái)仿真導(dǎo)管插入到血管中的 裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置104可以包括配置來(lái)仿真注射器的 裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置104可以包括腹腔鏡輸入裝置。也 可以使用適于仿真醫(yī)療過(guò)程的其他裝置，諸如在標(biāo)題為"Method and Apparatus for providing high bandwidth, low noise mechanical I/O for computer systems"的美國(guó)專(zhuān)利No. 5,731,804中描述的裝置，通過(guò)參考 將該申請(qǐng)全部包括于此。在實(shí)施例中，輸入裝置104可以包括，但不局限于，人體模型
(mann叫uin)、血管造影/引導(dǎo)導(dǎo)管、診斷/治療導(dǎo)線(xiàn)、氣囊/支架導(dǎo)管、 造影劑和藥物的流形(manifold)/注射、氣囊膨脹裝置、熒光透視設(shè)備、 C型臂控制器、雙屏幕接口、用于電影和熒光(cine和fluoro)控制的 腳踏開(kāi)關(guān)、和/或用來(lái)捕捉自由流動(dòng)碎片的防栓裝置和籃。輸入裝置104 可以配置為跟蹤用戶(hù)運(yùn)動(dòng)來(lái)仿真多種介入裝置的插入，諸如支架、起 搏器(pacemaker)導(dǎo)線(xiàn)、或用于阻塞碎片的下游流動(dòng)的導(dǎo)管和氣囊阻 塞遠(yuǎn)端防止裝置。
在一些實(shí)施例中，輸入裝置104可以包括配置來(lái)仿真車(chē)輛或視頻 游戲的控制的裝置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置104可以包括 方向盤(pán)、操縱桿、操縱鍵盤(pán)、游戲鍵盤(pán)、按鈕、開(kāi)關(guān)、軌跡球或其他 適合的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置104能夠向用戶(hù)提供觸覺(jué)響應(yīng)。觸覺(jué) 響應(yīng)可以基于輸入裝置104的感應(yīng)位置、速度、取向或其他狀態(tài)，向 用戶(hù)提供觸覺(jué)(觸摸)感覺(jué)。雖然使用輸入裝置104作為輸入/輸出裝 置，但用戶(hù)可以采用由用戶(hù)的手或用戶(hù)身體的其他部分感知的感覺(jué)的 形式，來(lái)從計(jì)算機(jī)102接收反饋。結(jié)合視覺(jué)顯示器101，編輯器103可 以允許用戶(hù)修改與模型相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，然后使用觸覺(jué)使能的輸入裝置 104來(lái)與模型的修改的部分交互，從而確定修改如何影響模型的"感 覺(jué)"。
在一些實(shí)施例中，輸入裝置104可以與致動(dòng)器105通信。在一個(gè) 實(shí)施例中，致動(dòng)器可以配置來(lái)從計(jì)算機(jī)102接收致動(dòng)器信號(hào)并輸出力 到輸入裝置104。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以配置為提供抵抗觸 覺(jué)效果到輸入裝置104。例如，致動(dòng)器105可以配置為在一個(gè)或多個(gè)自 由度上抵抗輸入裝置104的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以 配置為提供動(dòng)力觸覺(jué)反饋。例如，致動(dòng)器105可以配置來(lái)向輸入裝置 104提供振動(dòng)效果。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以配置為向輸入裝置提供振動(dòng)效果，其中，振動(dòng)效果配置為導(dǎo)入心跳或跨或通過(guò) 輸入裝置104的液體流動(dòng)的感覺(jué)。
在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以包括多個(gè)致動(dòng)器。例如，在一 個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以包括兩個(gè)致動(dòng)器第一致動(dòng)器，配置為 提供動(dòng)力觸覺(jué)反饋；以及第二致動(dòng)器，配置為提供阻力觸覺(jué)反饋。在
一些實(shí)施例中，用于提供動(dòng)力觸覺(jué)效果或阻力觸覺(jué)效果的多個(gè)致動(dòng)器
可以以多種組合來(lái)使用。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置104可以 在三個(gè)自由度上移動(dòng)。在該實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以包括六個(gè)致動(dòng) 器。可以為三個(gè)自由度的每一個(gè)采用一對(duì)致動(dòng)器，其中，每對(duì)致動(dòng)器 可以包括配置來(lái)提供阻力觸覺(jué)效果的致動(dòng)器和配置來(lái)提供動(dòng)力觸覺(jué)效 果的致動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以配置來(lái)提供阻力和動(dòng) 力觸覺(jué)效果兩者。在又一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器可以配置來(lái)提供振動(dòng)觸 覺(jué)響應(yīng)。
致動(dòng)器105可以包括很多不同類(lèi)型的致動(dòng)器的一種或多種。例如， 在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器105可以包括壓電致動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施例中， 致動(dòng)器105可以包括電磁致動(dòng)器。其他實(shí)施例可以包括電機(jī)、制動(dòng)器、 螺線(xiàn)管、偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)塊、禾P/或多功能致動(dòng)器。例如，在一個(gè)實(shí)施例中， 包括導(dǎo)管的輸入裝置可以包括配置為在輸入裝置上提供制動(dòng)力的電磁 致動(dòng)器。當(dāng)對(duì)致動(dòng)器被供能時(shí)，該致動(dòng)器可能導(dǎo)致制動(dòng)表面接觸輸入 裝置，其從而導(dǎo)致對(duì)于輸入裝置的移動(dòng)的阻力。在另一實(shí)施例中，可 以使用線(xiàn)性諧振致動(dòng)器來(lái)提供振動(dòng)效果，諸如用以仿真血流或心跳。 在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中還可以使用其他類(lèi)型的致動(dòng)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以配置來(lái)創(chuàng)建可使用編輯器103來(lái) 編輯的物理系統(tǒng)的模型，該模型諸如要?jiǎng)邮中g(shù)的患者的內(nèi)臟器官(這 里稱(chēng)為"虛擬器官")的模型。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100能夠評(píng)估 病人心臟的磁共振成像(MRI)數(shù)據(jù)以創(chuàng)建心臟的腔的三維表示。心臟 靜脈解剖結(jié)構(gòu)的路徑的三維表示也可以在系統(tǒng)中創(chuàng)建。外科醫(yī)師可以使用該系統(tǒng)來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建供系統(tǒng)的仿真使用的病人心臟的合理 近似。系統(tǒng)100由此還能夠?qū)霃牟∪私馄式Y(jié)構(gòu)的測(cè)試得到的數(shù)據(jù)并 在顯示器上提供病人器官的幾何形狀。由此，系統(tǒng)可以向外科醫(yī)師提 供病人器官的虛擬復(fù)制品，從而使得外科醫(yī)師能夠預(yù)先實(shí)踐外科手術(shù) 并檢査不同方法來(lái)克服特定病例中可能存在的任何困難。要注意，雖 然在這里討論的模型是心臟，但本發(fā)明實(shí)施例可以允許編輯任何物理 系統(tǒng)的模型，包括生物系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電學(xué)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)能夠修改病人的虛擬器官來(lái)仿真在手術(shù)
期間會(huì)發(fā)生的事故(mishap)或其他并發(fā)癥。例如，可以在系統(tǒng)中的編
輯器中修改現(xiàn)有虛擬器官，從而冠狀竇周?chē)膸缀涡螤畋恍薷氖沟锰?管的插入對(duì)于外科醫(yī)師更加有挑戰(zhàn)性。在另一實(shí)例中，心臟靜脈的結(jié) 構(gòu)和幾何形狀可以被操縱為使得接入最可能的目標(biāo)血管更困難。在又 一實(shí)例中，可以在系統(tǒng)中評(píng)估和改變會(huì)導(dǎo)致并發(fā)癥的器官的區(qū)域以使 得外科醫(yī)師重新評(píng)價(jià)他的認(rèn)知決定做出技能，并且結(jié)果是改變用于起 搏器導(dǎo)線(xiàn)的目標(biāo)位置。所有這些挑戰(zhàn)可能在實(shí)際病例中發(fā)生，其可使 得訓(xùn)練過(guò)程更有效。
示例性用戶(hù)界面
圖2示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的物理系統(tǒng)的模型的編輯器103中 的圖形用戶(hù)界面(GUI) 200。在所示實(shí)施例中，GUI包括物理系統(tǒng)人 體心臟的模型201的圖形表示。圖2所示的GUI還包括窗口 202，其 包括多個(gè)選項(xiàng)卡(tab)以及與人體心臟201的模型相關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目的列 表、不同的圖形表示，并且它們的視圖在整個(gè)附圖中示出。用戶(hù)可以 通過(guò)從列表中選擇一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目，通過(guò)與上下文相關(guān)菜單204交互 來(lái)選擇一個(gè)或多個(gè)選項(xiàng)卡，或者通過(guò)從下拉菜單205選擇選項(xiàng)，來(lái)與 圖2所示的GUI交互。 一些實(shí)施例可以包括附加的界面單元或可以包 括附加方法以與GUI交互。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，GUI可以允許用 戶(hù)諸如通過(guò)利用光標(biāo)進(jìn)行選擇并移動(dòng)光標(biāo)來(lái)旋轉(zhuǎn)模型，來(lái)直接與模型 的圖形表示交互。在本發(fā)明一些實(shí)施例中可能有利的其他GUI單元對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。
如圖2所示，多個(gè)選項(xiàng)卡203中的一個(gè)，模型選項(xiàng)卡，被示出為 激活。模型選項(xiàng)卡可以允許創(chuàng)建和/或修改模型的基本幾何形狀例如心 臟幾何形狀。在所示實(shí)施例中，在該選項(xiàng)卡中執(zhí)行的操作可以允許用 戶(hù)創(chuàng)建新的虛擬器官或修改現(xiàn)有的虛擬器官。模型選項(xiàng)卡的功能性可 以包括，但是不局限于導(dǎo)入基本幾何形狀(諸如腔和血管解剖結(jié)構(gòu))
或用于導(dǎo)出幾何形狀、以專(zhuān)用格式(也就是".evm"文件)來(lái)保存/創(chuàng) 建幾何形狀、修整基本幾何形狀問(wèn)題(非流形邊緣、？L、不正確的法 線(xiàn)(incorrect normals)、平滑)、單獨(dú)移動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)模型、 一同移動(dòng) 和/或旋轉(zhuǎn)模型點(diǎn)和樣條(spline)控制點(diǎn)、以及顯示相關(guān)模型信息。
圖2所示的其他選項(xiàng)卡包括電學(xué)模型選項(xiàng)卡、Fluoro選項(xiàng)卡、電 映射選項(xiàng)卡、傳導(dǎo)路徑選項(xiàng)卡、以及數(shù)據(jù)映射選項(xiàng)卡。這些選項(xiàng)卡可 以允許模型的其他方面的編輯。本發(fā)明的另外實(shí)施例可以包括附加選 項(xiàng)卡、不同的選項(xiàng)卡、或更少的選項(xiàng)卡。例如，圖6示出根據(jù)本發(fā)明 一個(gè)實(shí)施例的變形選項(xiàng)卡。該選項(xiàng)卡可以允許編輯與模型或模型的一 部分的移動(dòng)相關(guān)的參數(shù)。在另一實(shí)例中，圖4所示的實(shí)施例示出人體 心臟的圖形表示。該實(shí)施例可以允許用戶(hù)來(lái)修改驅(qū)動(dòng)心臟運(yùn)動(dòng)的參數(shù)， 諸如位置、幅度以及心臟收縮的數(shù)值穩(wěn)定性。
用戶(hù)可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)界面單元與GUI 200交互。例如，圖3 示出對(duì)話(huà)框300和上下文相關(guān)菜單301，其可以允許用戶(hù)選擇用于模型 的編輯模式。例如，用戶(hù)可以選擇"旋轉(zhuǎn)"選項(xiàng)按鈕(radio button)， 其可以允許用戶(hù)旋轉(zhuǎn)部分或整個(gè)模型201。然后，用戶(hù)能夠選擇模型 201的一部分并操縱該部分。例如，圖2所示的模型201包括多邊形框 架(frame)。用戶(hù)能夠在多邊形模型中選擇一個(gè)點(diǎn)來(lái)移動(dòng)、刪除或以 另外方式操縱，從而改變模型的形狀。用戶(hù)還可以在多邊形模型中添 加點(diǎn)來(lái)改變模型的形狀，或者修改與該點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的信息或參數(shù)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的GUI組件400。圖4所示的實(shí)施例允許用戶(hù)來(lái)創(chuàng)建、重命名和選擇物理 系統(tǒng)的模型201的區(qū)域。在所示實(shí)施例中，模型201是心臟模型，然 而，根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例可以操縱其他模型。如圖4所示，用戶(hù)可 以創(chuàng)建、重命名或選擇心臟的解剖的401、生理的402、病理的402和 /或隱藏的區(qū)域404。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)能夠?qū)⒛Ｐ偷囊粋€(gè)或多個(gè) 區(qū)域進(jìn)行移動(dòng)、刪除、調(diào)整大小或以另外方式修改。用戶(hù)可以通過(guò)與 菜單405交互來(lái)選擇創(chuàng)建或修改的區(qū)域。例如，在所示實(shí)施例中，用 戶(hù)能夠創(chuàng)建新的區(qū)域，并對(duì)現(xiàn)有區(qū)域分配"角色"(role)(諸如解剖 的、生理的、病理的或其他角色)，或者將區(qū)域分配給心臟的腔。在 其他實(shí)施例中也可以進(jìn)行其他修改。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)能 夠從模型中刪除區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，GUI組件400可以具有與病 人解剖結(jié)構(gòu)的另一部分諸如另一內(nèi)臟或系統(tǒng)(例如循環(huán)系統(tǒng))相關(guān)的 選項(xiàng)或修改，或者與另一類(lèi)型的物理系統(tǒng)的模型諸如車(chē)輛、視頻游戲 中的環(huán)境或人物或其他類(lèi)型的模型相關(guān)的選項(xiàng)或修改。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)能夠查看和/或修改僅僅一部分模型。該特 征可以提供用于增強(qiáng)編輯模型的容易性。例如，如果用戶(hù)期望僅編輯 心臟的特定腔，則根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的編輯器可以允許用戶(hù)來(lái)選 擇模型的子部分并顯示所選擇的子部分。然后，用戶(hù)能夠僅修改所選 的子部分。在類(lèi)似實(shí)施例中，用戶(hù)能夠定制將要査看和/或編輯的子部 分。例如，用戶(hù)能夠在模型上選擇可以定義將要査看和/或編輯的模型 的子部分的邊界的點(diǎn)。圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的 GUI組件500。圖5中的模型201的圖形表示包括定義物理系統(tǒng)的模型 的結(jié)構(gòu)的一部分的樣條的圖形表示。例如，在圖5所示的心臟201的 模型中，樣條表示與心臟201相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)血管510的形狀。 在一個(gè)實(shí)施例中，樣條可以表示物理系統(tǒng)的模型的特征。例如，在一 個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)樣條可以定義引擎模塊中的油管、汽缸，或車(chē)輛或引擎的其他特征。在另一實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)樣條可以定義 視頻游戲環(huán)境中的地形的形狀和/或紋理。根據(jù)圖5所示的實(shí)施例，用戶(hù)可以使用由GUI組件500提供的交 互單元來(lái)修改樣條。例如，用戶(hù)可以改變由一個(gè)或多個(gè)樣條表示的血 管的半徑，或者通過(guò)移動(dòng)與樣條形狀相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)來(lái)改變樣 條的幾何形狀。圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的 GUI組件600。圖6所示的模型201的圖形表示包括關(guān)于物理模型的變 形特性的信息和參數(shù)。例如，圖6中的模型201包括人體心臟201。關(guān) 于人體心臟的變形信息可以包括描述心臟收縮的一個(gè)或多個(gè)部分期間 心臟201的一個(gè)或多個(gè)腔的形狀的變化的信息。變形信息還可以定義 心臟的各個(gè)部分可以如何移動(dòng)。例如，心臟的一部分可以包括這樣的 數(shù)據(jù)，其指示心臟的該部分是可容易變形但非常快速返回到未變形狀態(tài)的。圖7和8所示圖6所示的變形選項(xiàng)卡以及用于修改參數(shù)的窗口的 視圖700、 800。圖7中可見(jiàn)的圖形表示示出心臟201的結(jié)構(gòu)的多邊形 表示。該圖形表示還示出質(zhì)點(diǎn)701和質(zhì)點(diǎn)之間的關(guān)系，標(biāo)記為"彈簧" 702。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，質(zhì)點(diǎn)701可以包括兩個(gè)參數(shù)質(zhì)點(diǎn)701 的質(zhì)量以及恢復(fù)彈簧常數(shù)(restorative spring constant)。在該實(shí)施例中， 質(zhì)點(diǎn)701的質(zhì)量可以表示由沿著一個(gè)或多個(gè)彈簧施加到質(zhì)點(diǎn)的力施加 的對(duì)質(zhì)點(diǎn)701的運(yùn)動(dòng)的阻力。例如，用戶(hù)可以采用圖8所示的窗口 801 和參數(shù)802來(lái)修改質(zhì)點(diǎn)701使之具有較高質(zhì)量值，其可能導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)701 基本上保持固定。如果用戶(hù)修改質(zhì)點(diǎn)701使之具有較低的質(zhì)量值，則 質(zhì)點(diǎn)701可以容易地運(yùn)動(dòng)，或?qū)е孪到y(tǒng)變得不穩(wěn)定?；謴?fù)彈簧常數(shù)可 以提供在被移動(dòng)后，諸如在心臟收縮期間，質(zhì)點(diǎn)701可以多快和/或多 穩(wěn)固地返回到其初始位置的指示。用戶(hù)可以修改該恢復(fù)彈簧常數(shù)來(lái)使 質(zhì)點(diǎn)701快速或緩慢地返回到其初始位置。在一個(gè)實(shí)施例中，質(zhì)塊可以具有相關(guān)的附加參數(shù)要修改，或具有更少的相關(guān)參數(shù)要修改。例如， 在一個(gè)實(shí)施例中，質(zhì)點(diǎn)701可以不具有用戶(hù)可修改的質(zhì)量和/或恢復(fù)彈 簧常數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，質(zhì)塊可以具有附加的參數(shù)，諸如質(zhì)點(diǎn)701 的最大位移，或參數(shù)的不同組合，其可以描述質(zhì)點(diǎn)701。
在圖7和8所示的實(shí)施例中，用戶(hù)還可以修改一個(gè)或多個(gè)彈簧702。 在圖7所示的實(shí)施例中，彈簧702可以具有彈簧常數(shù)和收縮系數(shù) (contraction fraction)。彈簧常數(shù)可以具有指示連接到質(zhì)點(diǎn)的彈簧702 的強(qiáng)度的值。例如，被修改為具有較高彈簧常數(shù)的彈簧702可以比被 修改為具有較低彈簧常數(shù)的彈簧702更強(qiáng)烈地阻止運(yùn)動(dòng)。
圖9和10示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型 的GUI組件卯0、 1000。圖9和10所示的GUI組件900、 1000可以允 許用戶(hù)將數(shù)據(jù)映射到模型201的區(qū)域上。例如，用戶(hù)能夠通過(guò)將對(duì)應(yīng) 于小梁(trabeculae) 901的度的值映射到模型201的幾何形狀，來(lái)在心 內(nèi)膜的特定方面的表面上控制小梁901的度。圖10所示的GUI組件 1000示出可以對(duì)其映射數(shù)據(jù)的模型201的一部分的紋理，而圖9示出 可以對(duì)其映射數(shù)據(jù)的模型201的一部分。由此，所示實(shí)施例可以提供 這樣的優(yōu)點(diǎn)，也就是可以提供模型201的多個(gè)不同圖形表示，以允 許用戶(hù)更準(zhǔn)確地修改物理系統(tǒng)的模型或并將修改應(yīng)用于物理系統(tǒng)的模 型。
圖11和12示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模 型的GUI組件1100、 1200。在所示實(shí)施例中，用戶(hù)能夠修改與仿真的 外科手術(shù)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的特性。例如，圖11示出導(dǎo)管的遠(yuǎn)部尖端的模型 1101和導(dǎo)管尖端的掃描圖像1102。模型1101包括對(duì)應(yīng)于模型1101的 一個(gè)或多個(gè)物理特性的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)1103。用戶(hù)能夠通過(guò)改變、 移動(dòng)、修改、刪除數(shù)據(jù)點(diǎn)、或創(chuàng)建附加的數(shù)據(jù)點(diǎn)1103來(lái)修改工具的模 型1101。例如，如圖12所示，通過(guò)調(diào)節(jié)模型1101中的一個(gè)或多個(gè)數(shù) 據(jù)點(diǎn)1103的位置，可以修改導(dǎo)管尖端的模型1101來(lái)更準(zhǔn)確地表示掃描的導(dǎo)管1102。在該實(shí)施例中，用戶(hù)能夠創(chuàng)建或修改可以仿真的一個(gè) 或多個(gè)工具的模型。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可以通過(guò)將工具的期望形狀的掃描 圖像加載到存儲(chǔ)器中并且加載類(lèi)似于掃描圖像中所示出的工具的模 型，來(lái)修改工具的模型，其中，該模型包括一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。然后，用 戶(hù)可以修改一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)以與掃描圖像的形狀對(duì)應(yīng)，并且存儲(chǔ)修改的 模型。然后，用戶(hù)可以通過(guò)分析存儲(chǔ)的模型來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。圖13示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的GUI組件1300。圖13所示的GUI組件1300包括人體心臟和諸如多個(gè) 肋骨和兩個(gè)肺的周邊解剖系統(tǒng)的模型1301的熒光透視圖的圖形表示。 用戶(hù)可以通過(guò)例如調(diào)節(jié)與模型1301的一部分的透明度相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)， 來(lái)修改與模型1301的熒光透視圖相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如，與 模型1301相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)肋骨可以包括透明度參數(shù)。每個(gè)肋骨的 透明度可以獨(dú)立修改，或者所有肋骨共享相同的透明度參數(shù)。例如， 在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，為了便利編輯模型，多個(gè)肋骨可以具有共同的透明度參數(shù)。在該實(shí)施例中，模型的焦點(diǎn)可以是心臟，從而使得不 大需要對(duì)于關(guān)于肋骨的參數(shù)的精細(xì)程度的控制。在一個(gè)實(shí)施例中，模 型的每個(gè)部分可以具有一個(gè)或多個(gè)獨(dú)特可修改的參數(shù)。例如，心臟的 模型可以包括與透明度相關(guān)聯(lián)的參數(shù)、與聚焦或模糊水平相關(guān)聯(lián)的參 數(shù)、與顏色相關(guān)聯(lián)的參數(shù)以及與部分模型的可變形性相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。圖14和15示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模 型的GUI組件1400和1500。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例可以允許將與物理系 統(tǒng)的模型201相關(guān)聯(lián)的信息映射到模型201的點(diǎn)或部分。例如，在所 示實(shí)施例中，與關(guān)于心臟的傳導(dǎo)路徑相關(guān)聯(lián)的信息和/或參數(shù)1401可以 與描述心臟結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分開(kāi)地獲得。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可 以從數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入與定義傳導(dǎo)路徑的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)， 并將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)映射到人體心臟的模型201。例如，圖15示出將與己經(jīng)映射的傳導(dǎo)路徑相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)點(diǎn)映射到人體心臟的模型201的圖形 表示上的點(diǎn)。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，例如可以使用MRI、數(shù)字化儀或掃描儀 來(lái)捕捉關(guān)于物理系統(tǒng)的信息。例如，諸如汽車(chē)的三維對(duì)象的結(jié)構(gòu)可以 被數(shù)字化并以計(jì)算機(jī)可讀格式保存。然后，關(guān)于汽車(chē)中的系統(tǒng)的信息 可以被捕捉并保存在另外的數(shù)據(jù)文件中。例如，關(guān)于電氣布線(xiàn)的信息 可以獨(dú)立于與模型的三維結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)地保存在文件中。在本發(fā) 明一個(gè)實(shí)施例中，編輯器可以加載與三維結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。此外， 編輯器也可以加載與電氣布線(xiàn)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。利用該編輯器，可以將 與電氣布線(xiàn)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)映射到與三維結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)上，以提供 更魯棒的物理系統(tǒng)的模型。上述實(shí)施例涉及汽車(chē)的部件，然而，其他 類(lèi)型的物理系統(tǒng)可以包括多個(gè)數(shù)據(jù)源，其可以被映射以形成物理系統(tǒng) 的更完整的單個(gè)模型，所述物理系統(tǒng)諸如解剖系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電學(xué) 系統(tǒng)、建筑規(guī)劃或其他物理系統(tǒng)，其可以有利地利用本發(fā)明的一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行編輯。
圖16-21示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的編輯器的GUI組件。圖 16-21的每一個(gè)提供物理系統(tǒng)的模型的不同圖形表示，其中可能不允許 修改。例如在一個(gè)實(shí)施例中，編輯器可以基于與模型相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或 多個(gè)參數(shù)允許操作中的模型的可視化。例如，圖18示出人體心臟的模 型201的電生理表示。圖18中的圖形表示可以提供人體心臟201的電 系統(tǒng)的操作的圖形表示。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例可以提供一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng) 的可視化，其能夠允許用戶(hù)至少部分地基于與模型相關(guān)聯(lián)的參數(shù)査看 物理系統(tǒng)的模型的一個(gè)方面。例如，圖16示出人體心臟201的電系統(tǒng) 的圖形表示，而圖19示出顯影流系統(tǒng)(contrast flow system)的圖形表 示，其示出流過(guò)與心臟201相關(guān)聯(lián)的多個(gè)血管的血流。用戶(hù)能夠與該 圖形表示交互以查看關(guān)于模型的數(shù)據(jù)和參數(shù)，然而在一個(gè)實(shí)施例中， 用戶(hù)可能不能夠修改與人體心臟201的模型相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。用于編輯模型的示例性方法
圖22示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于編輯物理系統(tǒng)的模型的
方法2200的流程圖。例如，計(jì)算機(jī)102可以執(zhí)行編輯器103并在顯示 器103上提供GUI以供用戶(hù)在編輯物理系統(tǒng)的模型時(shí)與該GUI交互。 該方法始于塊2201，其中在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102顯示與物理系 統(tǒng)的模型相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)參數(shù)。計(jì)算機(jī)102可以將參數(shù)限制為文本。 例如，計(jì)算機(jī)102可以顯示窗口，其中，參數(shù)名稱(chēng)連同滑塊、文本框 或配置來(lái)接收用戶(hù)輸入的其他單元一起顯示。在一個(gè)實(shí)施例中，可以 顯示參數(shù)的圖形表示，諸如模型上的點(diǎn)，或者模型的突出顯示的部分。
在塊2202中，用戶(hù)修改與物理系統(tǒng)的模型相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。用戶(hù)可 以使用如上所述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的GUI或經(jīng)由其他實(shí)施例中的 其他裝置來(lái)修改參數(shù)。例如，用戶(hù)可以輸入值到顯示至少一個(gè)參數(shù)的 窗口中，其中，該值與該參數(shù)相關(guān)聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可以與 模型的圖形表示交互，從而修改與模型相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。例如，用戶(hù)可 以與模型交互并拖曳模型的一部分以與掃描圖像對(duì)應(yīng)。用戶(hù)可以通過(guò) 拖曳該點(diǎn)來(lái)改變與模型相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可以通 過(guò)移動(dòng)滑動(dòng)條、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)、或者從諸如數(shù)字化儀、電壓計(jì)、熱電偶或 其他傳感器的外部裝置提供輸入，來(lái)修改與模型相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
在塊2203中，執(zhí)行整合了修改的參數(shù)的至少該部分模型的仿真。 例如，在一個(gè)實(shí)施例中，模型可以包括人體心臟和向心臟提供營(yíng)養(yǎng)的 一個(gè)或多個(gè)血管。在編輯心臟的模型的同時(shí)，用戶(hù)可以修改模型的一 部分，諸如其中一個(gè)血管的直徑。然后，可以運(yùn)行血管的隔離仿真， 從而使得不執(zhí)行整個(gè)物理模型的仿真。例如，該仿真可以?xún)H計(jì)算輸入 裝置與血管的交互而不是與整個(gè)心臟的交互。這可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn) 用戶(hù)可以關(guān)注對(duì)血管進(jìn)行的改變而不是與該血管相互作用的另外的系 統(tǒng)。例如，用戶(hù)可以仿真與血管的交互而不考慮輸入裝置104的運(yùn)動(dòng) 是否會(huì)導(dǎo)致可能干擾對(duì)于血管的修改的測(cè)試的模型的另一部分的反 應(yīng)。由此，用戶(hù)能夠更快更容易地感知對(duì)于與血管直徑的變化相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)管的觸覺(jué)效果，而無(wú)需執(zhí)行心臟的整個(gè)模型的仿真。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可以仿真模型的一部分，其中，模型的該 部分是模型的子系統(tǒng)、子部分、用戶(hù)定義區(qū)域、組件或其他機(jī)械或電 學(xué)特性。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可以仿真模型的一部分，其中，該部 分包括時(shí)期、重復(fù)行為的單個(gè)循環(huán)、兩個(gè)組件的相互作用、或者模型 的其他時(shí)間或空間特性。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可以仿真對(duì)于刺激的 脈沖響應(yīng)、對(duì)于刺激的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、對(duì)于變化的刺激的響應(yīng)的變化率、 或?qū)δＰ偷牧硪桓綦x輸入。在又一實(shí)施例中，模型的一部分包括模型 的視覺(jué)或圖形表示、模型的可聽(tīng)的表示、或模型的觸覺(jué)表示。在另一 實(shí)施例中，模型的一部分可以包括模型的前述部分的一些組合，或這 里未列舉的模型的另外部分。在塊2204中，用戶(hù)可以操縱諸如導(dǎo)管的輸入裝置104，其可以使 計(jì)算機(jī)102從輸入裝置104接收輸入信號(hào)。例如，在用戶(hù)操縱導(dǎo)管時(shí)， 可以改變導(dǎo)管的位置、取向、速度、加速度或其他狀態(tài)的變化。該變 化可以被傳送到計(jì)算機(jī)102。在塊2205中，計(jì)算機(jī)102可以至少部分地基于該輸入信號(hào)來(lái)確定 將要在輸入裝置104上輸出的力。例如，計(jì)算機(jī)102可以從輸入裝置 104接收指示速度的輸入信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102可以基于 該速度和修改后的參數(shù)確定力。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102可以基 于輸入信號(hào)和未修改的參數(shù)來(lái)確定力。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)102 可以基于輸入信號(hào)、未修改的參數(shù)和修改后的參數(shù)來(lái)確定力。然后， 計(jì)算機(jī)102可以使致動(dòng)器105在輸入裝置104上輸出力。已經(jīng)為說(shuō)明和描述的目的提出了本發(fā)明實(shí)施例的前述描述，其意 圖不是排他性的或?qū)⒈景l(fā)明限制為公開(kāi)的特定形式。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，很多修改及其改變是顯而易見(jiàn)的而不偏離本發(fā)明的精神和 范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于修改物理系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)模型的系統(tǒng)，包括圖形用戶(hù)界面，其配置來(lái)顯示與所述醫(yī)學(xué)模型相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)，以及接收所述至少一個(gè)參數(shù)的修改；以及處理器，其配置來(lái)從所述圖形用戶(hù)界面接收所述至少一個(gè)參數(shù)的修改，以及執(zhí)行包括所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的一部分所述醫(yī)學(xué)模型的仿真。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被配置來(lái)存儲(chǔ) 包括所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的所述物理系統(tǒng)的所述模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述處理器通信的 輸入裝置，所述輸入裝置被配置來(lái)發(fā)送輸入信號(hào)到所述處理器，所述 輸入信號(hào)與所述輸入裝置的狀態(tài)相關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器被配 置來(lái)接收致動(dòng)器信號(hào)并向所述輸入裝置施加力，所述力至少部分地基 于所述輸入信號(hào)和所述仿真。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述物理系統(tǒng)包括生物體 的一部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述仿真包括血管內(nèi)仿真。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入裝置包括熒光透 視裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述模型包括人類(lèi)心臟的 模型。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)包括尺 寸、形狀、厚度或病理的一個(gè)或多個(gè)。
10. —種用于修改物理系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)模型的方法，包括 顯示與所述物理系統(tǒng)的所述模型相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)； 接收所述至少一個(gè)參數(shù)的修改；以及執(zhí)行包括所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的所述物理系統(tǒng)的所述模型的 一部分的仿真。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，還包括接收與輸入裝置的狀態(tài) 相關(guān)的輸入信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括向所述輸入裝置輸出力， 所述力至少部分地基于所述輸入信號(hào)和對(duì)包括所述至少一個(gè)參數(shù)的修 改的所述物理系統(tǒng)的所述模型的至少該部分的仿真。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，存儲(chǔ)包括所述至少一個(gè)參數(shù)的 修改的所述物理系統(tǒng)的所述模型。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述物理系統(tǒng)包括生物 體的一部分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述仿真包括血管內(nèi)仿真。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述輸入裝置包括熒光 透視裝置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述模型包括人體心臟 的模型。
18. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)包括 尺寸、形狀、厚度或病理的一個(gè)或多個(gè)。
19. 一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括用于修改物理系統(tǒng)的模型的程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括用于顯示與所述物理系統(tǒng)的模型相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)的程序代碼；用于接收所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的程序代碼；以及 用于執(zhí)行包括所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的一部分所述物理系統(tǒng)的 模型的仿真的程序代碼。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括用于接收與 輸入裝置的狀態(tài)相關(guān)的輸入信號(hào)的程序代碼。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括用于向所述 輸入裝置輸出力的程度代碼，所述力至少部分地基于所述輸入信號(hào)以 及對(duì)包括所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的這部分所述物理系統(tǒng)的模型的仿 真。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括用于存儲(chǔ)包 括所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的所述物理系統(tǒng)的模型的程序代碼。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述物理系 統(tǒng)包括生物體的一部分。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述仿真包括血管內(nèi)仿真。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述輸入裝 置包括熒光透視裝置。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述模型包 括人類(lèi)心臟的模型。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述至少一 個(gè)參數(shù)包括尺寸、形狀、厚度或病理的一個(gè)或多個(gè)。
28. —種用于修改物理系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)模型的系統(tǒng)，包括 用于顯示與所述醫(yī)學(xué)模型相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)的裝置； 用于接收所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的裝置；以及 用于執(zhí)行包括所述至少一個(gè)參數(shù)的修改的一部分所述醫(yī)學(xué)模型的仿真的裝置。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，還包括用于存儲(chǔ)包括所述至少 一個(gè)參數(shù)的修改的所述物理系統(tǒng)的所述模型的裝置。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，還包括與用于執(zhí)行所述仿真的 裝置進(jìn)行通信的輸入裝置，所述輸入裝置被配置來(lái)發(fā)送輸入信號(hào)到用 于執(zhí)行所述仿真的裝置，所述輸入信號(hào)與所述輸入裝置的狀態(tài)相關(guān)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器配 置來(lái)接收致動(dòng)器信號(hào)并向所述輸入裝置施加力，所述力至少部分地基 于所述輸入信號(hào)和所述仿真。
全文摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)了用于修改物理系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)模型的系統(tǒng)和方法。一個(gè)公開(kāi)的系統(tǒng)包括圖形用戶(hù)界面，其配置來(lái)顯示與醫(yī)學(xué)模型相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)并接收該至少一個(gè)參數(shù)的修改。該系統(tǒng)還包括處理器，其配置來(lái)從圖形用戶(hù)界面接收該至少一個(gè)參數(shù)的修改并執(zhí)行包括該至少一個(gè)參數(shù)的修改的一部分醫(yī)學(xué)模型的仿真。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101310249SQ200680042465
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者休·康那舍爾, 依揚(yáng)卡·龐南佩魯馬, 盧艾·阿扎米, 唐納德·D·納爾遜, 米蘭·依基茨, 羅伯特·B·法爾克, 萊昂內(nèi)爾·格勒尼耶, 達(dá)南賈伊·喬希, 邁克爾·迪庫(kù)喬 申請(qǐng)人:伊梅森公司