用于训练超声成像装置用户的装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104303075 A (43)申请公布日 2015.01.21 C N 1 0 4 3 0 3 0 7 5 A (21)申请号 201380018451.1 (22)申请日 2013.03.31 61/618,791 2012.04.01 US G01S 15/00(2006.01) G06T 15/08(2006.01) G06T 19/20(2006.01) A61B 10/00(2006.01) G09B 19/00(2006.01) G09B 9/00(2006.01) G09B 23/28(2006.01) (71)申请人艾里尔大学研究与开发有限公司 地址。

2、以色列艾里尔 申请人罗尼泰佩尔 (72)发明人罗尼泰佩尔 尼尔什瓦尔贝 博阿兹本-摩西 (74)专利代理机构北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人宁晓 王漪 (54) 发明名称 用于训练超声成像装置用户的装置 (57) 摘要 公开了用于模拟超声波检查和训练超声波用 户的方法和装置。此外，还公开了用于模拟插针手 术的方法和装置，所述模拟针刺入手术例如羊膜 穿刺手术，以及公开了用于训练医生进行这种针 刺入手术的方法和装置。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.09.30 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/IB2013/052581 2013.。

3、03.31 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/150436 EN 2013.10.10 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书16页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书16页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104303075 A CN 104303075 A 1/3页 2 1.一种超声波模拟器，包括 虚拟三维模型的数字库，其包括至少一个虚拟三维模型； 处理器，其与所述库相连接，且其被配置成在所述模拟器的模拟操作过程中，使用在所 述库中的至少一个所述虚拟三维模型； 位置识别表面，其与所述处理器相连接；以及 实体。

4、超声换能器模拟器，其与所述处理器相连接，所述超声换能器模拟器包括三维方 位传感器，所述三维方位传感器被配置成向所述处理器提供所述超声换能器模拟器相对于 所述位置识别表面的三维方位的相关信息， 其中，所述位置识别表面和承载所述位置识别表面的装置之中的所述至少一个是可操 作的以向所述处理器提供所述超声换能器模拟器在所述表面上的二维位置的相关信息。 2.如权利要求1所述的超声波模拟器，还包括显示器，所述显示器与所述处理器相连 接，其被配置成向用户可视化地显示信息。 3.如权利要求2所述的超声波模拟器，其中向用户显示的所述信息包括所述至少一个 所述虚拟三维模型的截面，所述截面对应于所述超声换能器模拟器。

5、相对于所述表面的所述 二维位置和所述三维方位。 4.如上述权利要求中的任一项所述的超声波模拟器，其中至少一个所述三维模型是超 声波模型。 5.如上述权利要求中的任一项所述的超声波模拟器，其中至少一个所述三维模型是磁 共振成像MRI模型和X射线计算机断层摄像CT模型中的至少一个模型。 6.如上述权利要求中的任一项所述的超声波模拟器，其中所述位置识别表面和承载所 述位置识别表面的所述装置之中的至少一个是可操作的以向所述处理器提供所述超声换 能器模拟器高于所述表面的高度的相关信息。 7.如上述权利要求中的任一项所述的超声波模拟器，还包括用户评价模块，其是可操 作的以评价操作所述超声换能器模拟器的所述。

6、用户行为的至少一个指标。 8.如权利要求7所述的超声波模拟器，其中所述用户评价模块被配置成指示所述用户 到达由所述处理器使用的所述至少一个虚拟三维模型的指定截面。 9.如权利要求8所述的超声波模拟器，其中所述用户行为的所述至少一个指标包括以 下指标中的至少一个：为到达所述指定截面所述用户进行尝试的次数、为到达所述指定截 面所述用户进行的手部运动次数、当尝试到达所述指定截面时所述用户手部的颤动数量、 以及当尝试到达所述指定截面时所述用户借助于所述超声换能器模拟器施加至所述位置 识别表面的压力值。 10.如权利要求7至9中的任一项所述的超声波模拟器，其中所述用户评价模块还被配 置成向所述用户提供分。

7、数，所述分数是基于在所述至少一个指标下的所述用户行为。 11.如权利要求8至10中的任一项所述的超声波模拟器，其中所述用户评价模块被配 置成，实时地向所述用户提供用于到达所述指定截面的指导和用于当尝试到达所述指定截 面时使用适当压力的指导中的至少一种指导。 12.如权利要求7至11中的任一项所述的超声波模拟器，其中所述处理器被配置成在 用户评价过程中移动所述虚拟三维模型。 13.如上述权利要求中的任一项所述的超声波模拟器，还包括与所述处理器相连的实 权 利 要 求 书CN 104303075 A 2/3页 3 体针模拟器，除了所述超声换能器模拟器之外且不同于所述超声换能器模拟器，所述实体 针模。

8、拟器包括： 三维方位传感器，其被配置成感知所述针模拟器的所述三维方位，且向所述处理器提 供所述针模拟器的所述三维方位；以及 刺入深度传感器，其被配置成感知所述针模拟器的所述模拟刺入深度的相关信息，且 向所述处理器提供所述针模拟器的所述模拟刺入深度的相关信息。 14.如权利要求13所述的超声波模拟器，其中所述用户评价模块被配置成训练所述用 户将针刺入至第一体积而不会接触到第二体积。 15.如权利要求14所述的超声波模拟器，其中所述用户评价模块被配置成，当所述针 模拟器的位置和所述针模拟器的虚拟刺入深度对应于所模拟的针处在接触所述第二体积 的预定距离内时，向所述用户提供警告指示。 16.如权利要求。

9、14至15中的任一项所述的超声波模拟器，其中所述用户评价模块被配 置成，当所述针模拟器的位置和所述针模拟器的虚拟刺入深度对应于所模拟的针接触到所 述第二体积时，向所述用户提供接触指示。 17.一种用于模拟超声波的方法，包括： 提供虚拟三维模型的数字库，其包括至少一个虚拟三维模型； 将在所述库中的至少一个所述虚拟三维模型与处理器相连接； 从包括三维方位传感器的实体超声换能器模拟器，向所述处理器提供所述超声换能器 模拟器相对于位置识别表面的三维方位的相关信息；以及 向所述处理器提供在所述表面上的所述超声换能器模拟器的二维位置的相关信息。 18.如权利要求17所述的方法，还包括在显示器上向用户可视化。

10、地显示信息。 19.如权利要求18所述的方法，其中所述可视化显示包括可视化显示一个所述虚拟三 维模型的截面，所述截面对应于所述超声换能器模拟器相对于所述表面的所述二维位置和 所述三维方位。 20.如权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中所述提供库，包括提供至少一个 超声波模型。 21.如权利要求17至20中的任一项所述的方法，其中所述提供库，包括提供至少一个 磁共振成像MRI模型和至少一个X射线计算机断层摄像CT模型中的至少一个模型。 22.如权利要求17至21中的任一项所述的方法，其中所述提供二维位置的相关信息， 包括向所述处理器提供所述超声换能器模拟器高于所述表面的高度的相关信息。 。

11、23.如权利要求17至22中的任一项所述的方法，还包括评价操作所述超声换能器模拟 器的所述用户行为的至少一个指标。 24.如权利要求23所述的方法，其中所述评价包括指示所述用户到达由所述处理器使 用的所述至少一个虚拟三维模型的指定截面。 25.如权利要求24所述的方法，其中，所述用户行为的所述至少一个指标，包括以下指 标中的至少一个：为到达所述指定截面所述用户进行尝试的次数、为到达所述指定截面所 述用户进行手部运动的次数、当尝试到达所述指定截面时所述用户手的手部颤动的数量、 以及当尝试到达所述指定截面时所述用户借助于所述超声换能器模拟器施加至所述位置 识别表面的压力值。 权 利 要 求 书CN。

12、 104303075 A 3/3页 4 26.如权利要求23至25中的任一项所述的方法，其中所述评价包括向所述用户提供分 数，所述分数是基于在所述至少一个指标下的所述用户的行为。 27.如权利要求24至26中的任一项所述的方法，其中所述评价包括实时地向所述用户 提供用于到达所述指定截面的指导和用于当尝试到达所述指定截面时使用适当压力的指 导中的至少一种指导。 28.如权利要求23至27中的任一项所述的方法，还包括使用所述处理器，在所述评价 过程中移动所述虚拟三维模型。 29.如权利要求17至28中的任一项所述的方法，还包括： 除了所述超声换能器模拟器之外且不同于所述超声换能器模拟器，将实体针模。

13、拟器与 所述处理器相连接； 从包含在所述实体针模拟器内的三维方位传感器，向所述处理器提供所述针模拟器的 所述三维方位的相关信息；以及 从被配置成包含在所述实体针模拟器内的刺入深度传感器，向所述处理器提供所述针 模拟器的所述模拟的刺入深度的相关信息。 30.如权利要求29所述的方法，其中所述评价包括使用所述实体针模拟器，训练所述 用户将针刺入至第一体积而不会接触到第二体积。 31.如权利要求30所述的方法，其中所述评价包括，当所述针模拟器的位置和所述针 模拟器的虚拟刺入深度对应于所模拟的针处在接触所述第二体积的预定距离内时，向所述 用户提供警告指示。 32.如权利要求30至31中的任一项所述的方。

14、法，其中所述评价包括，当所述针模拟器 的位置和所述针模拟器的虚拟刺入深度对应于所模拟的针接触到所述第二体积时，向所述 用户提供接触指示。 权 利 要 求 书CN 104303075 A 1/16页 5 用于训练超声成像装置用户的装置 0001 相关申请 0002 本申请享有于2012年4月1日提交的序列号为61/618,719的美国临时专利申请 的优先权，通过引用并入，如同在本文被完全地陈述。 0003 发明领域和背景 0004 在一些实施方式中，本发明涉及医学模拟器领域，且尤其是，在一些实施方式中， 涉及用于训练超声波用户进行诸如操作医学超声波检查或者插针手术的方法和装置。 0005 超声波。

15、是一种循环压力波，其频率大于20000Hz，而20000Hz是人类听觉的上限。 0006 在超声波检查中，例如医学超声波检查，超声波被用于成像，尤其是软组织成像。 医学超声波检查在许多医学领域都有应用，包括产科、妇科、整形外科、神经内科、心脏科、 放射科、肿瘤科以及肠胃科。 0007 医学超声波检查的子类型，产科超声波检查用于显现子宫内的胚胎或胎儿。产科 超声波检查是常规的产前检查，提供关于母亲和胎儿健康方面以及关于怀孕进程的大量信 息。例如，产科超声波检查用于判断胎儿的性别、判断孕龄、以及检测胎儿异常，例如胎儿器 官异常或胎儿发育缺陷。 0008 产科超声波检查还被使用于羊膜穿刺手术，以有助。

16、于指导羊膜穿刺手术针获得羊 水样品而不会伤害胎儿或子宫壁。 0009 技师们和医生们通常不被训练使用产科超声波检查来检测胎儿异常。因此，当这 些异常在实践上遇到时，经验欠缺的医生们和技师们往往不能识别出这些异常。 0010 医学超声波检查的其它子类型还被用于侵入式手术中，比如在腹腔镜外科手术中 对从体内取出的肿瘤或结石周围的软组织进行成像。 0011 在许多领域中，使用训练模拟器已众所周知。在超声波检查中，训练模拟器通常包 括身体模型。这些模拟器常常并不能胜任，因为它们无法模拟在手术期间肌肉的运动，或者 无法模拟在超声波检查期间所能遇到的各种类型的异常。 0012 例如，在产科超声波检查中，训。

17、练模拟器包括含有胎儿身体模型的怀孕妇女腹部 的身体模型。因为胎儿模型是静止的，并且这些训练模拟器无法模拟产科超声波检查的重 要因素(比如胎儿移动)，所以这些模拟器并不能胜任。而且，在这些训练模拟器中，母体和 胚胎的特征都是正常的，所以对于训练识别胎儿异常无用。 发明概要 0013 在一些实施方式中，本发明涉及医学模拟器领域，且尤其地，在一些实施方式中， 涉及用于训练超声波用户进行医学超声波检查的方法和装置，这些医学超声波检查例如妇 科超声波检查、心脏病学超声波检查、肠胃超声波检查、神经系统超声波检查、肌肉骨骼系 统超声波检查和CT扫描，以及涉及识别使用这些超声波检查方法所检测到的潜在异常。 0。

18、014 根据本发明的一些实施方式的一个方面，提供了一种超声波模拟器，包括： 0015 虚拟三维模型的数字库，其包括至少一个虚拟三维模型； 0016 与数字库相连接的处理器，且其被配置成在模拟器的模拟操作过程中，使用在数 说 明 书CN 104303075 A 2/16页 6 字库中的至少一个虚拟三维模型； 0017 与处理器相连接的位置识别表面；以及 0018 与处理器相连接的实体超声换能器模拟器，该超声换能器模拟器包括三维方位传 感器，该三维方位传感器被配置成向处理器提供超声换能器模拟器相对于位置识别表面的 三维方位的相关信息， 0019 其中，位置识别表面和承载该位置识别表面的装置之中的至。

19、少一个可操作地向处 理器提供超声换能器模拟器在该表面上的二维位置的相关信息。 0020 在一些实施方式中，超声波模拟器还包括与处理器相连接的显示器，其被配置成 向用户可视化地显示信息。在这样的一些实施方式中，处理器可操作地在显示器上呈现一 个虚拟三维模型的截面，该截面对应于超声换能器模拟器相对于表面的二维位置和三维方 位。 0021 在一些实施方式中，至少一个三维模型是至少一个三维几何形状的三维模型，该 三维几何形状例如球体、椭球体、凸面三维几何形状、以及凹面三维几何形状。在一些实施 方式中，至少一个三维模型是不规则三维体的三维模型。 0022 在一些实施方式中，至少一个三维模型是至少一部分有。

20、机体的三维解剖模型，在 一些实施方式中，该有机体是人类。 0023 在一些实施方式中，至少一个三维模型是至少一部分胚胎的三维解剖模型，在一 些实施方式中，该胚胎是人类胚胎。 0024 在一些实施方式中，至少一个虚拟三维模型是胎儿的至少一部分的三维解剖模 型，在一些实施方式中，该胎儿是人类胎儿。 0025 在一些实施方式中，至少一个三维模型是至少一部分生殖系统(例如，子宫和/或 输卵管和/或卵巢)的三维解剖模型，在一些实施方式中，该生殖系统是人类生殖系统。 0026 在一些实施方式中，至少一个三维模型是心脏的至少一部分的三维解剖模型，在 一些实施方式中，该心脏是人类心脏。 0027 在一些实施方。

21、式中，至少一个三维模型是至少一部分循环系统的三维解剖模型， 在一些实施方式中，该循环系统是人类肾脏。 0028 在一些实施方式中，至少一个三维模型是大脑的至少一部分的三维解剖模型，在 一些实施方式中，该大脑是人类大脑。 0029 在一些实施方式中，至少一个三维模型是至少一部分消化道的三维解剖模型，在 一些实施方式中，该消化道是人类消化道，例如，胃、胆囊或肠。 0030 在一些实施方式中，至少一个三维模型是至少一部分肌肉结构的三维解剖模型， 在一些实施方式中，该肌肉结构是人类肌肉结构系统，例如包括一块或多块肌肉、骨头、腱 和关节的肢体。 0031 在一些实施方式中，至少一个三维模型是超声波模型。。

22、在这样的一些实施方式中， 超声波模型由多张超声波图像构成。 0032 在一些实施方式中，至少一个三维模型是磁共振成像(MRI)模型。在这样的一些 实施方式中，MRI模型由多张MRI图像构成。在这样的一些实施方式中，修改MRI模型来模 拟超声波模型的表现。 0033 在一些实施方式中，至少一个三维模型是X射线计算机断层摄像(CT)模型。在这 说 明 书CN 104303075 A 3/16页 7 样的一些实施方式中，CT模型由多张CT图像构成。在这样的一些实施方式中，修改CT模 型来模拟超声波模型的表现。 0034 在一些实施方式中，位置识别表面包括诸如触摸板或触摸屏的触摸敏感表面，例 如平板电。

23、脑或智能手机的专用触摸屏。合适的典型触摸板技术包括，但并不限制于，在美国 专利5,305,017中所描述的导体矩阵技术或并联电容式技术。合适的典型触摸屏技术包 括，但并不限制于，电阻式、声表面波、电容式、红外网格、红外丙烯酸投影、光学成像、色散 信号触摸屏、以及声脉冲识别。在这样的一些实施方式中，处理器是承载触摸屏的平板电脑 或智能手机的处理器。在这样的一些实施方式中，显示器是平板电脑或智能手机的显示器， 例如显示器覆盖在触摸敏感表面上。 0035 在一些实施方式中，处理器是第二个电子装置的处理器，该第二个电子装置与位 置识别表面隔开，其例如台式计算机、便携式计算机、移动电话、个人数字助理(P。

24、DA)、平板 电脑、或智能手机。在这样的一些实施方式中，模拟器的显示器是与位置识别表面相隔开的 第二个电子装置的显示器。 0036 在一些实施方式中，电子装置被配置成与位置识别表面有线通信。在一些实施方 式中，电子装置被配置成与位置识别表面无线通信。 0037 在一些实施方式中，位置识别表面基本上类似于计算机鼠标板。 0038 在一些实施方式中，承载位置识别表面的装置包括至少两个摄像头和一个红外发 射器以便识别二维位置。在一些实施方式中，位置识别表面包括磁性传感器，该磁性传感器 包括电磁线圈和磁场源以便识别二维位置。在一些实施方式中，承载位置识别表面的装置 包括三维摄像头以便识别二维位置。 0。

25、039 在一些实施方式中，超声换能器模拟器包括压力传感器，该压力传感器被配置成 测量由超声换能器模拟器的用户施加至位置识别表面的压力。 0040 在一些实施方式中，超声换能器模拟器包括颤动传感器，该颤动传感器被配置成 测量超声换能器模拟器的用户的手部颤动。 0041 在一些实施方式中，超声换能器模拟器被配置成与处理器有线通信。在一些实施 方式中，超声换能器模拟器被配置成有线连接含有处理器的电子装置以提供这种有线通 信。 0042 在一些实施方式中，超声换能器模拟器被配置成与处理器无线通信。 0043 在一些实施方式中，超声换能器模拟器的三维方位传感器包括陀螺仪、罗盘和加 速度计，其中将陀螺仪、。

26、罗盘和加速度计的输出相结合以识别超声换能器模拟器的三维方 位。这些组件都是上市销售的并且在游戏和移动电话领域众所周知。 0044 在一些实施方式中，超声换能器模拟器的三维方位传感器包括无漂移的陀螺仪。 在一些实施方式中，三维方位传感器包括三个非平行的电磁线圈、以及磁场源，其中实体换 能器模拟器的三维方位的计算是基于流过三个电磁线圈中的每个电磁线圈的电流百分比。 在这样的一些实施方式中，这三个电磁线圈相互垂直。在一些实施方式中，三维方位传感器 包括三维摄像头。在一些实施方式中，超声换能器模拟器包括编码器，例如操纵杆，其可操 作地指示其三维方位。 0045 在一些实施方式中，实体换能器模拟器的三维。

27、方位包括实体换能器模拟器的偏摆 (yaw)、倾斜(pitch)和旋转(roll)的指示。 说 明 书CN 104303075 A 4/16页 8 0046 在一些实施方式中，位置识别表面和/或承载位置识别表面的装置可操作地向处 理器提供当在超声换能器模拟器与表面之间没有实际接触时，超声换能器模拟器高于表面 的高度的相关信息。 0047 在一些实施方式中，超声波模拟器还包括用户评价模块，其可操作地评价操作超 声换能器模拟器的用户行为的至少一个指标。在一些实施方式中，用户评价模块构成部分 的处理器。 0048 在一些实施方式中，用户评价模块被配置成指示用户到达由处理器所使用的至少 一个虚拟三维模型。

28、的指定截面。 0049 在一些实施方式中，用户评价模块通过在显示器上呈现指定截面的图像来指示用 户。在一些实施方式中，用户评价模块通过在显示器上提供指定截面的言语描述来指示用 户。在一些实施方式中，用户评价模块通过提供指定截面的听觉描述来指示用户。 0050 在一些实施方式中，用户行为的至少一个指标包括用户尝试到达指定截面的次 数。在一些实施方式中，至少一个指标包括用户为到达指定截面的手部运动次数。在一些 实施方式中，至少一个指标包括当尝试到达指定截面时用户借助超声换能器模拟器施加至 位置识别表面的压力值。 0051 在一些实施方式中，用户评价模块向用户提供分数，该分数基于在至少一个指标 中的。

29、用户行为。 0052 在一些实施方式中，用户评价模块实时地向用户提供用于到达指定截面的指导。 在一些实施方式中，提供可听到(例如高音或低音)的指导。在一些实施方式中，在显示器 上提供指导。在一些实施方式中，指导提供于覆盖位置识别表面上的显示器内。在一些实 施方式中，提供有触觉的指导，例如通过超声换能器模拟器的振动来提供。在这样的一些实 施方式中，超声换能器模拟器包括触觉信号发生器，例如蜂窝电话领域所熟知的压电式小 型扬声器，用于产生触觉指导信号。 0053 在一些实施方式中，用户评价模块实时地向用户提供用于当尝试到达指定截面时 使用适当压力的指导。在一些实施方式中，提供可听到(例如高音或低音)。

30、的指导。在一 些实施方式中，在显示器上提供指导。在一些实施方式中，指导提供于覆盖位置识别表面上 的显示器内。在一些实施方式中，提供有触觉的指导，例如通过超声换能器模拟器的振动。 在一些实施方式中，提供有触觉的指导，例如通过超声换能器模拟器的振动。在这样的一些 实施方式中，超声换能器模拟器包括触觉信号发生器，例如蜂窝电话领域所熟知的压电式 小型扬声器，用于产生触觉指导信号。 0054 在一些实施方式中，处理器被配置成在用户评价过程中虚拟地移动虚拟三维模 型，由此在超声波检查运行期间模拟肌肉或胎儿的运动。 0055 在一些实施方式中，超声波模拟器包括与处理器相连的实体针模拟器，除了超声 换能器模拟。

31、器之外且不同于超声换能器模拟器，实体针模拟器包括： 0056 三维方位传感器，其被配置成感知且向处理器提供针模拟器的三维方位；以及 0057 刺入深度传感器，其被配置成感知且向处理器提供针模拟器所模拟的刺入深度的 相关信息。 0058 在一些实施方式中，实体针模拟器被配置成模拟羊膜穿刺手术针。在一些实施方 式中，实体针模拟器被配置成模拟腹腔镜检查手术针。在一些实施方式中，实体针模拟器被 说 明 书CN 104303075 A 5/16页 9 配置成模拟穿刺活检手术针。 0059 在一些实施方式中，刺入深度模拟器包括距离传感器。在这样的一些实施方式中， 刺入深度模拟器包括安装到三维方位传感器上的。

32、计算机鼠标。在这样的一些实施方式中， 刺入深度模拟器包括电位器。在这样的一些实施方式中，刺入深度模拟器包括线性编码器。 在这样的一些实施方式中，刺入深度模拟器包括激光距离传感器。在这样的一些实施方式 中，刺入深度模拟器包括超声距离传感器。 0060 在一些实施方式中，刺入深度模拟器包括三维摄像头。 0061 在一些实施方式中，刺入深度模拟器包括压力传感器。 0062 在一些实施方式中，用户评价模块被配置成训练用户将针虚拟地刺入至第一个虚 拟体而不会接触到第二个虚拟体。 0063 在一些实施方式中，用户评价模块被配置成当用户接近将虚拟针虚拟地接触到第 二体积时，向用户提供警告指示。在一些实施方式。

33、中，警告指示包括视觉指示。例如，视觉 指示可被提供在显示器上，在覆盖在位置识别表面上的显示器内，或者作为例如在实体针 模拟器上的警告闪光灯。在一些实施方式中，警告指示包括听觉指示。在一些实施方式中， 警告指示包括触觉指示。在这样的一些实施方式中，实体针模拟器包括触觉信号发生器，例 如蜂窝电话领域所熟知的压电式小型扬声器，用于产生触觉警告指示。 0064 在一些实施方式中，用户评价模块被配置成当针已经虚拟地接触到第二体积时， 向用户提供接触指示。在一些实施方式中，接触指示包括视觉指示。例如，视觉指示可被提 供在显示器上，提供在覆盖位置识别表面上的显示器内，或者作为例如在实体针模拟器上 的警告闪光。

34、灯。在一些实施方式中，接触指示包括听觉指示。在一些实施方式中，接触指示 包括触觉指示。在这样的一些实施方式中，实体针模拟器包括触觉信号发生器，例如蜂窝电 话领域所熟知的压电式小型扬声器，用于产生触觉接触指示。 0065 在一些实施方式中，例如在第一个训练阶段，第一个虚拟体包括第一个三维虚拟 体，而第二体积包括第二个三维虚拟体，第二个三维虚拟体位于第一体积的附近、位于第一 体积内、或者在第一体积周围。 0066 在一些实施方式中，第一个虚拟体模拟具有羊水的子宫体，而第二个虚拟体模拟 胚胎或胎儿，并且用户评价模块被配置成训练用户操作羊膜穿刺手术而不损害胚胎或胎 儿。 0067 在一些实施方式中，第。

35、一个虚拟体模拟肿瘤组织，而第二个虚拟体模拟健康组织， 并且用户评价模块被配置成训练用户进行对肿瘤组织的穿刺活检手术而不损害健康组织。 0068 在一些实施方式中，第一个虚拟体模拟未知特征的组织，而第二个虚拟体模拟健 康组织，并且用户评价模块被配置成训练用户进行对未知特征组织的穿刺活检手术而不损 害健康组织，以便进行细胞学检测以识别未知特征组织的类型。 0069 在一些实施方式中，第一个虚拟体模拟不想要的物质，而第二个虚拟体模拟人体 组织。例如，第一个虚拟体可模拟胆结石、肾结石、脂肪瘤、或腱鞘囊肿。 0070 在一些实施方式中，用户评价模块在用户评价期间虚拟地改变至少部分三维模型 的方位，例如，。

36、由此模拟模型的移动。 0071 根据本发明的一些实施方式的一个方面，还提供了用于模拟使用超声成像的方 法，包括： 说 明 书CN 104303075 A 6/16页 10 0072 提供虚拟三维模型的数字库，其包括有至少一个虚拟三维模型； 0073 将在库中的至少一个虚拟三维模型与处理器相连接； 0074 从包括有三维方位传感器的实体超声换能器模拟器，向处理器提供关于超声换能 器模拟器相对于位置识别表面的三维方位的信息，该位置识别表面功能性地连接处理器； 以及 0075 向处理器提供关于在位置识别表面上的超声换能器模拟器的二维位置的信息。 0076 在一些实施方式中，该方法还包括在显示器上向用。

37、户可视化地显示信息，通常该 显示器与处理器相连。在这样的一些实施方式中，显示包括显示一个虚拟三维模型的截面， 该截面对应于超声换能器模拟器相对于表面的二维位置和三维方位。 0077 在一些实施方式中，提供库，包括提供至少一个三维几何形状的至少一个三维模 型，该三维几何形状例如球体、椭球体、凸面三维几何形状以及凹面三维几何形状。在一些 实施方式中，提供库，包括提供三维不规则体的至少一个三维模型。 0078 在一些实施方式中，提供库，包括提供至少一部分有机体的至少一个三维解剖模 型，在一些实施方式中，该有机体是人类。在一些实施方式中，提供库，包括提供至少一部分 胚胎的至少一个三维解剖模型，在一些实。

38、施方式中，该胚胎是人类胚胎。 0079 在一些实施方式中，提供库，包括提供胎儿的至少一部分的至少一个三维解剖模 型，在一些实施方式中，该胎儿人类胎儿。 0080 在一些实施方式中，提供库，包括提供至少一部分生殖系统(例如，子宫和/或输 卵管和/或卵巢)的至少一个三维解剖模型，在一些实施方式中，该生殖系统是人类生殖系 统。 0081 在一些实施方式中，提供库，包括提供心脏的至少一部分的至少一个三维解剖模 型，在一些实施方式中，该心脏是人类心脏。 0082 在一些实施方式中，至少一个三维模型是至少一部分循环系统的三维解剖模型， 在一些实施方式中，该循环系统是人类肾脏。 0083 在一些实施方式中，。

39、提供库，包括提供至少一部分大脑的至少一个三维解剖模型， 在一些实施方式中，该大脑是人类大脑。 0084 在一些实施方式中，提供库，包括提供至少一部分消化道的至少一个三维解剖模 型，在一些实施方式中，该消化道是人类消化道，例如，胃、胆囊或肠。 0085 在一些实施方式中，提供库，包括提供至少一部分肌肉结构的至少一个三维解剖 模型，在一些实施方式中，该肌肉结构是人类肌肉结构系统，例如包括一块或多块肌肉、骨 头、腱和关节的肢体。 0086 在一些实施方式中，提供库，包括提供至少一个超声波模型。在这样的一些实施方 式中，超声波模型由多张超声波图像构成。 0087 在一些实施方式中，提供库，包括提供至少。

40、一个磁共振成像(MRI)模型。在这样的 一些实施方式中，MRI模型由多张MRI图像构成。在这样的一些实施方式中，修改MRI模型 来模拟超声波模型的表现。 0088 在一些实施方式中，至少一个三维模型是X射线计算机断层摄像(CT)模型。在这 样的一些实施方式中，CT模型由多张CT图像构成。在这样的一些实施方式中，修改CT模 型来模拟超声波模型的表现。 说 明 书CN 104303075 A 10 7/16页 11 0089 在一些实施方式中，连接位置识别表面与处理器，包括将电子装置的处理器与位 置识别表面相连接，该电子装置与位置识别表面相分离。在这样的一些实施方式中，电子装 置包括台式计算机、便。

41、携式计算机、移动电话、或个人数字助理(PDA)。在这样的一些实施方 式中，显示包括在电子装置的显示器上向用户显示信息。 0090 在一些实施方式中，提供关于超声换能器模拟器的二维方位的信息，包括：利用光 电传感器，周期性地捕获图像，以及使用图像处理器，比较连续图像并且将这些图像上的变 化转换成速度和方向。在一些实施方式中，提供信息，还包括使用距离测量器来确定是否接 触到表面，以及指示这种接触的二维位置。 0091 在一些实施方式中，提供关于超声换能器模拟器的二维方位的信息，包括提供来 自至少两台摄像头的信息和来自一台红外发射器的信息。在一些实施方式中，提供关于超 声换能器模拟器的二维方位的信息。

42、包括提供来自磁性传感器的信息，该磁性传感器包括电 磁线圈和磁场源。在一些实施方式中，位置识别表面包括提供超声换能器模拟器的二维方 位的相关信息，包括提供来自三维摄像头的信息。 0092 在一些实施方式中，该方法还包括：从超声换能器模拟器，向处理器提供关于超声 换能器模拟器用户施加至位置识别表面上的压力的信息。 0093 在一些实施方式中，该方法还包括：从超声换能器模拟器，向处理器提供关于超声 换能器模拟器用户的手部颤动的信息，该信息可用于评价用户。 0094 在一些实施方式中，提供关于超声换能器模拟器的三维方位传感器的信息，包括 结合包含于超声换能器模拟器内的陀螺仪、罗盘和加速度计的输出以识别。

43、超声换能器模拟 器的三维方位。 0095 在一些实施方式中，提供关于超声换能器模拟器的三维方位传感器的信息，包括 提供来自无漂移陀螺仪的信息。在一些实施方式中，提供关于超声换能器模拟器的三维方 位传感器的信息，包括计算由磁场源产生的电流百分比，该电流流过三个非平行电磁线圈 中的每一个。在这样的一些实施方式中，这三个电磁线圈相互垂直。在一些实施方式中，提 供关于超声换能器模拟器的三维方位传感器的信息，包括提供来自三维摄像头的信息。在 一些实施方式中，提供关于超声换能器模拟器的三维方位传感器的信息，包括提供来自编 码器的信息，该编码器例如操纵杆，其可操作地指示其三维方位。 0096 在一些实施方式。

44、中，提供关于超声换能器模拟器的三维方位传感器的信息，包括 提供实体换能器模拟器的偏摆、倾斜和旋转的指示。 0097 在一些实施方式中，该方法还包括评价操作超声换能器模拟器的用户行为的至少 一个指标。 0098 在一些实施方式中，评价包括指示用户虚拟地到达由处理器使用的至少一个虚拟 三维模型的指定截面。 0099 在一些实施方式中，指示包括在显示器上呈现指定截面的图像。在一些实施方式 中，指示包括在显示器上提供指定截面的言语描述。在一些实施方式中，指示包括提供指定 截面的听觉描述。 0100 在一些实施方式中，用户行为的至少一个指标，包括用户进行尝试到达指定截面 的次数。在一些实施方式中，至少一。

45、个指标，包括为到达指定截面用户进行的手部运动的次 数。在一些实施方式中，至少一个指标，包括当尝试到达指定截面时，用户借助于超声换能 说 明 书CN 104303075 A 11 8/16页 12 器模拟器施加至位置识别表面的压力值。在一些实施方式中，至少一个指标，包括当到达指 定截面时用户手部颤动的程度。 0101 在一些实施方式中，评价包括向用户提供分数，该分数是基于在至少一个指标下 的用户行为。 0102 在一些实施方式中，评价包括实时地向用户提供用于到达指定截面的指导。在一 些实施方式中，提供指导，包括提供可听到(例如高音或低音)的指导。在一些实施方式中， 提供指导，包括在显示器上的指导。

46、。在一些实施方式中，提供指导，包括提供指导于覆盖在 位置识别表面上的显示器内。在一些实施方式中，提供指导，包括提供触觉指导，例如通过 超声换能器模拟器的振动进行指导。 0103 在一些实施方式中，评价包括实时地向用户提供用于当尝试到达指定截面时使用 适当压力的指导。在一些实施方式中，提供指导，包括提供可听到(例如高音或低音)的指 导。在一些实施方式中，提供指导，包括在显示器上提供指导。在一些实施方式中，提供指 导，包括提供指导于覆盖在位置识别表面上的显示器内。在一些实施方式中，提供指导包括 提供触觉指导，例如通过超声换能器模拟器的振动进行指导。 0104 在一些实施方式中，该方法还包括使用处理。

47、器，在评价过程中虚拟地移动虚拟三 维模型，由此在超声波检查期间模拟肌肉或胎儿的运动。 0105 在一些实施方式中，该方法还包括： 0106 除了超声换能器模拟器之外且不同于超声换能器模拟器，将实体针模拟器与处理 器相连； 0107 从包含在实体针模拟器内的三维方位传感器，向处理器提供关于针模拟器的三维 方位的信息；以及 0108 从被配置成包含在实体针模拟器内的刺入深度传感器，向处理器提供关于针模拟 器所模拟的刺入深度的信息。 0109 在一些实施方式中，评价包括使用实体针模拟器，训练用户将针刺入至第一个虚 拟体而不会接触到第二个虚拟体。 0110 在一些实施方式中，评价包括当用户接近将针虚拟。

48、地接触到第二体积时，向用户 提供警告指示。在一些实施方式中，提供警告指示，包括提供视觉指示。例如，视觉指示，可 被提供在显示器上，可被提供在覆盖在位置识别表面上的显示器内，或者以警告闪光灯的 形式，被提供例如在实体针模拟器上。在一些实施方式中，提供警告指示，包括提供听觉指 示。在一些实施方式中，提供警告指示，包括提供触觉指示。 0111 在一些实施方式中，评价包括当针已经虚拟地接触到第二体积时，向用户提供接 触指示。在一些实施方式中，提供接触指示，包括提供视觉指示。例如，视觉指示，可被提供 在显示器上，可被在覆盖在位置识别表面上的显示器内，或者以警告闪光灯的形式，被提供 例如在实体针模拟器上。。

49、在一些实施方式中，提供接触指示，包括提供听觉指示。在一些实 施方式中，提供接触指示，包括提供触觉指示。 0112 在一些实施方式中，例如在第一个训练阶段，第一个虚拟体包括第一个三维虚拟 体，而第二个虚拟体包括第二个三维虚拟体，第二个三维虚拟体，位于第一个虚拟体的附 近、在第一个虚拟体内、或者在第一个虚拟体周围。 0113 在一些实施方式中，第一个虚拟体模拟具有羊水的子宫体，而第二个虚拟体模拟 说 明 书CN 104303075 A 12 9/16页 13 胚胎或胎儿，并且评价包括训练用户进行羊膜穿刺手术而不损害胚胎或胎儿。 0114 在一些实施方式中，第一个虚拟体模拟肿瘤组织，而第二个虚拟体模拟健康组织， 并且评价包括训练用户进行对肿瘤组织的穿刺活检手术而不损害健康组织。 0115 在一些实施方式中，第一个虚拟体模拟未知特。