手术模拟器系统和方法与流程

1.本发明涉及手术模拟领域，且特别地涉及具有触觉力反馈的手术模拟器系统和手术方法。


背景技术：

2.在世界的许多地方，人们患有失明。与其他类型的残疾相比，失明的影响尤其具有破坏性，并且可能在经济上具有毁灭性。盲人无法工作、照顾自己或照顾其他人。在大多数情况下，他们无法获得适当的医疗服务。在大多数情况下，因为白内障丧失视力多年来逐步发生，并且导致生活质量降低，家庭的可支配收入减少，以及对家庭照顾者的依赖增加(通常是应当上学的儿童)。因为受伤的风险增加，不能看到损伤以适当照顾它们(如可以感染的割伤和擦伤)，以及维持适当营养的能力降低，总体健康受到影响。许多盲人因失明而死。
3.在大约十年内，除非采取措施，否则失明的人数可能会翻倍。数以百万计的失明者可以治愈，因为失明通常是由可以从眼睛中取出以恢复视力的白内障引起的。可悲的是，在世界许多地方根本没有资源来提供这种治疗方法。在发展中国家中，盲人的资源是稀缺或不存在的，往往缺乏白手杖政策(为盲人提供意识和安全)和其他残疾立法，并且家庭独自承担负担。结果，白内障失明还与极端贫困和死亡风险增加相关。
4.白内障很常见的事实还使得失明成为发展中国家中预期的残疾，特别是在穷人中。应当理解它是衰老过程的部分并接受。关于白内障和白内障手术的信息缺乏或不正确。到传统治疗师或缺乏训练的外科医生那里的患者常接受不良信息和差的治疗。手术治疗令人担心，并且许多人宁愿失明而不进行手术。结果，发展中国家的失明患者常相信他们唯一的选择是与失明一起生活，渴望摆脱他们被迫生活的黑暗世界，但却对此无能为力。
5.晶状体乳化(pe)白内障手术和常规囊外白内障摘除(ecce)手术与其变体是普遍使用的两种主要白内障手术技术。可以不用缝合进行的ecce手术的流行变体已知为手法小切口白内障手术(msics)。虽然认为pe白内障手术是白内障去除的黄金标准，但是其需要昂贵的机器和不间断的电源。pe的机器和补给品的整体成本和维护使其对于基础设施不足的地区是来说成本过高。当对患有晚期白内障的患者进行时，pe还具有较高的术中并发症发生率。
6.msics和ecce在北美和欧洲以外广泛实施。msics相对于ecce的独特优势是较小切口用来去除白内障自然晶状体并植入人工晶状体(iol)。较小切口还制成自封闭和无缝线。这转变为较短的愈合时间、显著较少的散光、减少的术中风险以及整体较短的术后恢复。除了手术显微镜，ecce和msics并不依赖于任何电动机器。当比较全世界的不同手术技术应用环境时，msics常常是大体积白内障手术的优选技术。msics可以用来在大多数盲人生活的发展中国家安全和成本有效地恢复视力并且具有高科技世界预期的相同质量。虽然技术上有许多变化，msics的基本思想围绕着适当产生并利用通道，所述通道足够大以递送致密性白内障，但是足够稳定以自封闭并对角膜的曲率具有最小影响。
7.尽管msics是行之有效的解决发展中国家的白内障失明问题的替代物，但是发展
中国家缺失技术熟练的眼科医生。例如，在一些撒哈拉沙漠以南的非洲国家，平均每百万个人有一个眼科医生。为了应对全球白内障失明的负担，迫切需要在msics技术中训练大量外科医生。通过增加可用的外科医生的数量和技术水平可以成功地减少全球白内障失明率。这种训练需要的显著部分可以通过基于高质量、高效率模拟的训练来满足，没有患者风险。
8.因此，需要允许使用者掌握手法小切口白内障手术或msics的手术模拟器系统和方法。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供手术模拟器系统和方法，其向使用者提供视觉、触觉和音频提示以模拟msic手术。
10.本发明的另一目的是提供模拟系统和方法，其模仿组织、手术工具的使用以及手术工具与模仿的组织之间的相互作用，并且允许使用者练习和在外科手术中变得熟练。
11.本发明的另一目的是提供模拟系统和方法，其逐步引入现实患者因素和手术并发症的综合数组，从而受训者体验手术的真实感觉，包括可以出现的许多变量和误差。
12.本发明的另一目的是提供模拟系统和方法，其允许监测并评价受训者的表现用于反馈、矫正教学、评分和发展。
13.本发明的另一目的是提供模拟系统和方法，其使用网格模型以利用光栅化或光线追踪构建并视觉展示，同时并行地运行影响特性如碰撞检测和组织变形的物理模型。
附图说明
14.通过参考附图说明中阐述的实施例可以获得对本发明的进一步理解。尽管所示实施例仅是用于执行本发明的系统、方法和装置的示例，但是一般而言，本发明的组织和操作方法、连同其进一步的目标和优点，可以通过参考附图和以下描述被更容易理解。相似的附图标记通常指代相似的特征(例如，功能相似和/或结构相似的元件)。
15.附图不一定按比例描绘；在某些情况下，本文公开的保护主题的各个方面可能在附图中被夸大或放大以有助于理解不同的特征。此外，附图并非意在限制本发明的范围，本发明的范围在所附权利要求或随后的修改中特别阐述，而附图仅仅是为了阐明和举例说明本发明。
16.图1是根据本发明的模拟手术环境的示意图。
17.图2是描绘根据本发明的模拟手术环境和计算机组件之间的相互作用的图。
18.图3a是说明根据本发明的模拟器的硬件组件的图。
19.图3b是说明根据本发明的模拟器的软件组件的图。
20.图3c是说明根据本发明的模拟器的计算机组件的图。
21.图3d是说明根据本发明的模拟器、中央服务器和指导者客户端之间的示例性连接的图。
22.图4a至图4f描绘了根据本发明的模拟物理眼模型。
23.图5a至图5c描绘了通过根据本发明的模拟显微镜可见的模拟图像。
24.图6a是根据本发明的可以通过触觉右臂模拟的示例性工具的表。
25.图6b是根据本发明的可以通过触觉左臂模拟的示例性工具的表。
26.图7a和7b描绘了执行msic手术的步骤和可以通过根据本发明的触觉臂模拟的工具。
27.图8描绘了根据本发明的模拟器使用者界面。
28.图9描绘了根据本发明的模拟器使用者界面。
具体实施方式
29.通过参考以下对本发明实施例的详细描述，可以更容易地理解本发明。然而，根据本发明的技术、系统和操作结构可以以多种形式和模式来体现，其中一些可能与所公开的实施例中的那些非常不同。此外，除非另有明确说明，否则本文公开的特征和元件可以组合以形成各种组合方式，而不具有排他性。因此，本文公开的具体结构和功能细节仅是代表性的。然而，在这方面，它们被认为提供了用于公开目的的最佳实施例，并为这里限定本发明范围的权利要求提供了基础。必须注意的是，如在说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确指示。
30.在提供数值范围的情况下，应当理解，除非上下文另有明确说明，否则该范围的上限和下限之间的每个区间值至下限单位的十分之一也被具体公开。规定范围内的任何规定值或区间值与该规定范围内的任何其他规定值或区间值之间的每个较小范围都包含在本发明内。这些较小范围的上限和下限可以独立地被包括或排除在该范围内，并且其中上下限均不被包括或上下限均被包括在较小范围内的每个范围也包括在本发明内，但受制于规定范围内的任何明确排除的限值。在规定范围包括一个或两个限值的情况下，排除那些被包括的限值之一或两个的范围也包括在本发明中。
31.除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。尽管与本文所述的那些相似或等效的任何方法和材料都可以用于本发明的实践或测试，但是现在描述了一些潜在的和优选的方法和材料。本文提及的所有出版物均通过引用并入本文，以公开和描述与引用该出版物相关的方法和/或材料。可以理解，在存在矛盾的情况下，本公开内容将取代所并入的出版物的任何公开内容。
32.本发明在msic手术的背景下描述。但是，本发明可以用来模拟对人眼或人身体的其他部分进行的其他类型的手术过程。本发明还可以用来模拟兽医手术。本发明还可用于评价执行普通手术或特定类型手术所需的技能，例如，本发明可被正在考虑是否从事外科职业(包括外科专业领域的职业)的医学生使用，或被正在练习的外科医生执行手术前不久使用。
33.本发明可以通过显著增加世界上有效msics外科医生的数量来阻止白内障失明的爆发。本发明的手术模拟器可被用于提供大规模的msics培训。所提供的培训是全面的，受训者提升是基于表现，并且成功完成培训将允许受训者成为白内障外科医生的全球网络的一部分。培训可以面向以前没有眼部护理的知识或经验的人。培训项目的成功是基于这样的表现：每个受训者通过证实需要的表现以通过培训项目来证实他们具有掌握msics手术所需的基本语言、智力、运动技能、和深度感知力。招生收集的数据可以与培训期间的表现进行比较以细化招生测试并建立标准化标准。
34.利用本发明的手术模拟器系统和方法，使用者可以有条不紊和高效地通过学习过程，在相对短的时间内经历一系列手术挑战和变化而不曾危及患者。当成功完成基于模拟
器的培训时，受训者可以返回他们自己国家的手术机构以在指导外科医生的监督下开始现场手术培训。通常现场手术培训可以用数年时间完成，并且常在经验中留下空白。但是因为先进的模拟经验，本发明的使用者可以快速发展至独立的、高质量工作。大约过渡至独立手术护理预期用1-6个月的时间。
35.本发明的外科模拟器和方法可以通过模拟每个步骤相关的现实患者因素和手术并发症的综合数组来逐步引入，从而受训者体验手术的真实感觉，包括在现场手术期间可能出现的许多变量、并发症、和误差。模拟器辅助的培训提供安全和有效的方式以准备现场手术经验。培训经验呈现各种手术情况以发展现场手术的信心和手术直觉而对患者没有风险。可以对受训者在模拟器上的作业表现进行监测和评价来用于反馈、矫正教学、评分和发展。每个受训者可以练习并学习，直至在模拟器上证实期望的熟练程度。
36.为了msics成功，模拟期间必须顺序完成以下5个任务：(1)完成患者准备，(2)产生进入眼的自封闭通道，(3)取出白内障，(4)插入人工晶状体(“iol”)，(5)恢复优化愈合过程的条件。
37.msics模拟器包含硬件和软件以在视觉和触觉上展示眼。模拟器向使用者提供视觉、触觉和音频提示以模拟现实的msic手术。触觉和视觉呈现均优选源自现场手术力数据、msics专家主观评价和/或这些模型的客观验证。触觉呈现可以在仪器上向受训者提供与现场手术期间经历的几乎相同的力。视觉呈现可以在非幻想的立体显示器中以真实质量再现图像，以模仿外科医生在现场手术期间在双目手术显微镜中会看到的东西。建模可以包括：(1)工具-组织相互作用，(2)组织与组织的相互作用，(3)组织之间的连接，(4)组织的解剖，(5)组织特性的改变，(6)眼内压，(7)流体的注入和抽吸，(8)流体的扩散，(9)对事件反应而播放声音，以及(10)模型患者头移动。
38.msics模拟器可以由以下模拟元件组成：(a)具有触觉臂的模拟器，(b)基于物理的计算机模型，以及(c)视觉图像生成器。msics模拟器也可以包括指导者/学生操作员站。
39.具有触觉臂的模拟器
40.参考图1和图2，模拟器(101)可以包含床体(103)，患者头的模拟模型(105)由其延伸。模拟器(101)还可以包括模拟显微镜(107)，通过所述模拟显微镜(107)使用者可以感知模拟。触觉右臂(109)和触觉左臂(111)可以分别由右触觉机构(113)和左触觉机构(115)连接和控制。模拟器(101)还包含触屏(117)和模拟吸入式注射器(119)。
41.外科医生的手和手指太大而不能直接操作眼的小而精细的组织。因此，为了执行msic手术，外科医生使用某些仪器或工具。在本发明中，通过触觉右臂(109)和触觉左臂(111)模拟那些仪器。在工作区中提供触觉臂(109、111)并握在使用者的右手和左手中以模拟手术。例如，触觉臂(109、111)用来在虚拟眼上执行动作，同时通过显微镜(107)的显示器来看。使用者可以选自仪器用于模拟，并且在显微镜(107)下将仪器移入模拟器的操作区域。使用者可以使用这些仪器来模拟各种手术任务。
42.当在虚拟眼模型上工作时，触觉臂(109、111)以力反馈的形式提供触觉真实感。触觉臂(109、111)为运动控制装置，其在仪器与虚拟眼相互作用时向用来握住仪器的使用者手指、手和手臂提供力的现实感。将虚拟眼编程以准确模拟眼和所选仪器之间的相互作用会引起的反应或行为。例如，为了模拟压住眼并通过用colibri钳压在眼上来增加眼中的压力，触觉臂(109、111)之一可以模拟colibri钳，colibri钳可以用于在模拟显微镜(107)的
显示器中限制眼的移动。来自对应触觉机构(113、115)的阻力可以增加以模拟通过colibri钳或另一工具(随着所述工具与眼对撞)会感觉到的眼硬度的增加。相似地，模拟与新月形刀片(crescent blade)的相互作用会导致根据模拟刀的刃、角度、力、移动性质等切割虚拟眼的眼组织。模拟器还可以模拟两个或更多个工具之间的相互作用。
43.触觉臂(109、111)提供同时和双手使用以代表实际msic手术中使用的工具。优选地，触觉臂(109、111)是实际手术仪器的代表。在一实施例中，触觉臂(109、111)允许改变代表实际手术仪器的手柄。在另一实施例中，触觉臂(109、111)包括永久安装的手柄，所述手柄是实际手术仪器的代表但可以不是精确的复制品。在任一种情况下，在模拟显微镜(107)下看到的仪器可以随每种类型的仪器改变。模拟器还可以模拟其他工具，例如simcoe插管的注射器。图6a至图6b列出了可以通过模拟器模拟的工具的示例性列表。每种工具可以具有3个平动自由度。这些平动所关注的触觉点在工具的尖端。还提供并测量3个被动旋转自由度。它们的旋转以所关注的相同点为中心。触觉是基于导纳控制(admittance control)的使用，利用力传感器作为输入。
44.如上文所述，触觉呈现会在仪器上向使用者提供与现场手术期间经历的几乎相同的力。下文表1列出了可以通过模拟器模拟的手术步骤、对于每个步骤可以模拟的仪器、手术期间仪器移动的指导、以及每个手术步骤的力的最大和最小值。
45.表1
[0046][0047][0048]
在表1中，所有力均以克(g)示出，并且移动的方向表示如下：h-水平，ap-前-后，v-垂直。fx代表指定从左至右移动的x平面中的力，fy代表指定上下移动的y平面中的力，而fz代表指定进出移动的z平面中的力。穿刺期间的主要力是fz向内的，而在利用新月形刀片的“切割”动作中，fx(向右或向左)力控制。
[0049]
力值设置模拟器再现的力的等级给予操作者对过程的现实感觉。最小力建立机器人机构中电子和摩擦噪音的上限，超过最小力外科医生不再可以正确经历手术力。最大力设置机器人机构的运动和刚度大小的标准。力曲线特征提供测试模拟活组织相互作用的真实感的目标基线。
[0050]
msics手术的最关键的步骤是创建巩膜通道。其也是最难学习的步骤。在创建巩膜通道袋时前后“摆动”运动中新月形刀片的fx平均为31.9克，最大(max)为48.8g，最小(min)为21.7g。在相同运动中，外科医生还随着球的轮廓向上和向内。巩膜通道袋步骤中新月形刀片的fy“摆动”运动(其为向上方向力)平均为47.0g(max 63.6g,min 35.4g)。在相同步骤中fz(其为向内方向力)平均为45.6g(max 62.5g,min 24.4g)。全部3个自由度在这个动作中均具有显著的力。外科医生认识到以下很重要，当刀片左右摆动时，其还向内推进并随球的轮廓向上，全部多达相似的平均力。
[0051]
模拟期间遇到的最高力是在巩膜通道侧延伸步骤中向右或左切新月形刀片时。在巩膜通道侧延伸步骤中向右或左“切割”动作期间新月形刀片的fx平均为91.3g(max 115.8g,min 61.9g)。msics模拟器再现0至总计至少115.8g的力。这个步骤的y力值根据外科医生向右或向左切割而改变。当向右切割时，fy方向向下，因为惯用左手的外科医生遵循球的轮廓。当向左切割时，fy方向向上，因为惯用右手的外科医生向左延伸通道，同时用colibri钳抓住外通道。无论切割的方向，新月形切割期间遇到的z力方向向外。当向右切割时，方向向下的力fy具有31.3g的平均值(max 50.2g,min 12.0g)。当向左切割时，fy为方向向上的力，平均值为60.8g(max 87.1g,min 41.0g)。新月形“切割”动作期间的fz力(fz max)为方向向外的力，平均值为66.2g(max 95.4g,min 43.5g)。
[0052]
角膜进入期间刺伤切口力主要为z力(即，或穿刺口)。刺伤切口或穿刺口形成期间利用穿刺15度刀片的fz方向向内，平均力为23.4g(max 55.6g,min 13.3g)。
[0053]
虽然经常教导在通道的中心“浮动”来向右或向左切割角膜刀，但是初学的外科医生会认识到仍然可以遇到显著的fx力，多达平均55.6g，特别是向动作的远范围。当利用3.0mm角膜刀进入前房时(即，通过主要切口ac进入)，fz max(向内)平均为22.9g(max 52.0g,min 2.1g)。用角膜刀“切割”以打开内部伤口，fx(右或左)平均为55.6g(max 82.2g,min 35.4g)。
[0054]
以y和z自由度提供截囊刀开罐器式的力。在每次切割前囊时没有显著的力。截囊刀的实际切割冲程具有最小力—外科医生不能感觉到截囊刀切割前囊。但是，每个切割冲程之后立即提供显著的复位力(fy向上和fz向外)标记。晶状体囊切开术步骤的fy为向上方向的力，其平均为22.5g(max 42.0g,min 10.9g)，而fz为向外方向的力，平均为23.6g(max 48.0g,min 13.6g)。
[0055]
晶状体的杠杆挤压期间的fz(方向向外)平均为35.1g(max 66.3g,min7.8g)。当拨动iol时sinskey力最小，强调在粘弹性控制下正确拨动iol需要最小力。当在9点钟位置用sinskey钩拨动iol时，任何自由度的最大力均可以忽略，平均为4.7g(max 7.4g,min 1.6g)。
[0056]
基于物理的计算机模型
[0057]
图2为说明模拟期间模拟器组件之间的数据流的图。物理建模应用(202)建模模拟
眼的组织和流体特性以及工具与眼的相互作用，包括工具向眼实施的力。关于眼和工具的视觉外观的信息可以通过视觉图像处理应用(204)处理并递送至图形卡(206)用于3-d模型呈现。将眼的3-d图像传输至模拟显微镜(107)并且使用者在模拟期间可以看到。
[0058]
触觉控制单元(208)从物理建模应用接受模拟建模信息。关于触觉臂(109、111)的位置和方向，触觉控制单元(208)从触觉臂(109、111)进一步接受手术输入信息(216)。触觉控制单元(208)控制触觉机构(113、115)向触觉臂(109、111)施用的力和阻力的量。
[0059]
模拟器还包括管理模拟的模拟器界面应用(210)。模拟器界面应用(210)允许指导者给使用者分配手术方案，和/或对使用者监测、评价、提供反馈和报道他们的模拟器操作。
[0060]
图3a为说明模拟器的硬件组件的相互关系的图。触觉组件(2.1)可以包括gimbal机构(2.1.1.1、2.1.2.1)、马达和驱动器(2.1.1.2、2.1.2.2)以及机头接口(2.1.1.3、2.1.2.3)。模拟显微镜(107)的3-d视觉显示器(2.2)可以包括一个或多个lcd(2.2.1)、光学器件(2.2.2)和显微镜外壳(2.2.3)。模拟器使用、向模拟器发送信息或从模拟器接受信息的计算机硬件(2.3)可以包括实时pc(2.3.1)、图形pc(2.3.2)、平板pc(2.3.3)、数据库服务器(2.3.4)和/或教学站(2.3.5)。还可以提供在图1中通过参考元件(105)示出的模拟头(2.4.1)以及在图1中通过参考元件(103)示出的担架/患者床(2.4.2)。
[0061]
视觉图像生成器
[0062]
模拟器可以代表可以进行手术的身体部位的视觉图形模型，如眼的图形模型，以模拟真实msic手术。可以将眼的基于物理的模型编程以模拟眼对手术动作反应的行为。视觉3-d眼模型可以根据这些动作实时改变以给出用真实眼作业的经验。虚拟眼可以具有可定制的参数，其不仅允许改变眼出现的方式(例如，虹膜、皮肤、巩膜的颜色)，而且还允许改变其他解剖和技术参数如眼的形状、和/或白内障类型，以允许使用者对外科医生可能遇到的广泛患者条件进行练习。
[0063]
图4a至图4f说明物理模型描述。如图4a至图4f所示，网格模型可以用来利用光栅化构建并展示视觉，同时平行运行影响特性如碰撞检测和组织变形的物理模型。眼模型可以包括msics手术中涉及的所有结构。眼模型可以包括角膜和角膜缘的高细节，以从其表面实现真实映像。图4d从说明可以覆盖角膜缘的高度细节的一侧示出眼的线框呈现。图4e示出在其进入眼时的主要通道，而图4f说明主要切割的线框。
[0064]
模拟器包含两个使用者可以用其进行工作的视觉显示器，包括(1)显微镜观察和(2)外部显示屏。图5a至图5c说明显微镜观察内的模拟图像。认为模拟中的物体以物理真实感移动和变形。通过类似于立体显微镜的3-d视觉显示器向受训者显示视觉模型的图像。利用显微镜，受训者看到虚拟眼模型并利用触觉臂(代表手术仪器的物理形式)与其相互作用以进行任务，同时通过显微镜目镜进行观察。
[0065]
视觉显示器可以示出在5x放大率的操作显微镜下会看到的眼的立体3-d图像，显示34mm-35mm圆形区域的手术视野内的所有东西。视野的图像优选被大约宽度5mm的黑环包围，使得总视觉图像的直径为大约4cm。在一优选实施例中，光栅化可以用于呈现眼模型的视觉效果。在其他实施例中，可以使用光线追踪，或者光栅化和光线追踪的组合。
[0066]
外部显示允许受训者和指导者与模拟器通信。通信包括但不限于以下：选择练习的手术作业，在开始进行之前在屏幕上检查作业相关信息，观看反馈内容(多媒体
–
文本、音频、视频、动画等)，以及例如在进行作业时平行显示显微镜观察等。外部显示可以包含控制
面板，通过控制面板学习者和/或指导者练习通过模拟控制。
[0067]
图8描绘了根据本发明的显微镜视图内的示例性图像(800)。图像(800)可以包括与模拟手术相关的一个或多个视觉提示和/或信息，其可以帮助指导受训者并指示受训者至以足够熟练的程度执行手术技术的程度。图像(800)可包括眼(810)的三维渲染和由触觉臂(109、111)控制的手术仪器(820)的一个或多个三维渲染。图像(800)可以包括引导线(830)，所述引导线示出了应该沿其进行切口的路径、或任何仪器的期望路径。引导线(830)可以是黑色、白色或诸如黄色的颜色。引导线(830)可以是任何类型的线，包括实线、点线或虚线。
[0068]
当手术仪器(820)被使用者移动时和/或当手术仪器(820)的一部分被显示在图像(800)中时，可以显示引导线(830)。可替代地，引导线(830)可以被显示在图像(800)中，但是当手术仪器(820)被使用者移动和/或当手术仪器(820)的一部分被显示在图像(800)中时被删除。可替代地，可以生成但不显示引导线(830)。可替代地，引导线(830)的一种或多种颜色可以与眼的一种或多种颜色相匹配，以使得使用者无法察觉。
[0069]
当引导线(830)和一个或多个手术仪器(820)在图像(800)中被同时显示时，引导线(830)可以被显示为在手术仪器(820)的“上方”(即，前面)，因此无论手术仪器(820)的位置如何，所述手术仪器都是可见的。可替代地，引导线(830)可以被显示为在手术仪器(820)的“下方”(即，后面)，使得当手术仪器(820)位于引导线(830)的一部分之上时，引导线的该一部分不被显示。可替代地，随着手术仪器(820)通过引导线(830)的“上方”，可以改变引导线(830)的全部、一个或多个部分的颜色、权重和/或其他特性。例如，如果引导线(830)是实心黑线，当手术仪器(820)通过引导线(830)的上方时，引导线(830)的被手术仪器(820)覆盖的部分可以变为虚线和/或可以变为灰色。
[0070]
随着受训者使用所显示的工具(820)来实施虚拟切口时，图像(800)可以显示指示切口路径的切口线(840)。切口线(840)可以是黑色、白色或一种颜色。如果显示指导线(830)，则切口线(840)的颜色可以与指导线(830)的颜色相同或不同。切口线(840)可以在实施切口时显示、可以在切口完成后立即显示、或者可以在稍后的时间显示，稍后的时间包括在与培训员一起回顾作业期间。
[0071]
如果切口线(840)从引导线(830)偏离超出预定的可接受距离，则在实施切口时或在切口完成之后，系统可以向受训者提供切口不充分相似于引导线(830)的反馈。例如，可以通过手术仪器(820)在特定时间实施切口的切口线(840)与引导线(830)上的最近点之间的距离来测量偏离值。还可以为引导线(830)的每一侧设置不同的可接受偏离值。例如，可接受偏离值在引导线(830)的一侧上可能高达一厘米，但在引导线(830)的另一侧上可能仅为三毫米。
[0072]
向使用者指示偏离值超出可接受距离的反馈可以包括，例如，一个或多个工具手柄的振动，在需要移动工具以减少偏离值的方向上的、工具手柄上的触觉力，可听见的声音，和/或显示器上的视觉指示。如果偏离值超过某个阈值，系统还可以模拟由模拟患者发出的噪音。
[0073]
另外，如图8所示，一个或多个测量计可以显示在图像(800)中。所述一个或多个测量计可以提供关于手术表现和/或眼模拟状况的信息。例如，测量计(850)可以指示眼的眼内压(iop)，并且可以显示随着模拟手术的进展眼内压的变化。如果受训者使工具压在眼上
(810)，测量计(850)可以指示眼内压增加。所述一个或多个测量计可以被显示在眼之上和/或附近(下方、上方或旁边)。
[0074]
还如图8和图9所示，可以在图像(800)中提供示出手术仪器(920)和眼(910)的二维视图(860)。二维视图(860)可以被显示在窗口中，和/或可以被显示在眼(810)之上(如图8所示)或眼(810)附近。二维视图(860)可以示出手术仪器(920)相对于眼(910)的角度，以及手术仪器(920)的尖端与眼(910)之间的相对距离。二维视图(860)可以帮助受训者衡量手术仪器(820、920)相对于眼(910)的方向，以及手术仪器(820、920)和眼(910)之间的空间关系。
[0075]
手术仪器(920)的角度可以例如被测量为以下两者之间的角度：与眼(910)表面的与手术仪器(920)的尖端最接近的点相切的线；以及手术仪器(920)的与眼(910)最接近的部分的角向。附加地或可替代地，可以相对于由系统生成的参考平面测量手术仪器(920)的角度。
[0076]
二维视图(860)可以示出手术仪器(820、920)的优选或所需角度的范围。如图9所示，优选或所需角度的范围可以由一条或多条范围线(970)示出。范围线(970)可以是任何类型的线，包括实线、点线或虚线。范围线(970)之间的二维视图(860)的区域(980)和/或范围线(970)之外的二维视图(860)的区域可以用颜色突出显示。
[0077]
可以根据手术仪器(820、920)的角度是否在优选范围内来应用或改变区域(980)中和/或范围线之外的突出显示颜色。例如，如果手术仪器(820、920)的角度在范围线(970)之间，则区域(980)可以用绿色突出显示。如果手术仪器(820、920)的角度偏离优选范围，则区域(980)和/或范围线(970)之外的区域可以用不同的颜色(例如，红色)突出显示，从而向受训者提供手术仪器(820、920)的角度应调整到优选范围内的指示。可替代地，如果手术仪器(820、920)的角度延伸超出优选角度或角度范围，整个二维视图(860)或二维视图(860)的另一子部分可以用颜色(例如，红色)突出显示。
[0078]
二维视图(860)还可包括在眼(910)的外表面上的标识(990)，其示出手术仪器(820、920)应接触眼的优选或所需位置(例如，应该在那里实施切口)。所述系统可以测量在手术仪器(820、920)与眼(810、910)得到接触之前手术仪器(820、920)被带到与眼(810、910)和/或标识(990)的预定距离内的次数。所述系统可能要求该次数低于预定值以构成成功的手术。例如，如果受训者在开始切口之前使虚拟手术刀的尖端接近眼(810、910)表面的两厘米的范围内超过三次，则所述系统可以指示受训者的作业没有通过。
[0079]
尽管上述示例涉及msic手术，但根据本发明的系统可用于训练使用者执行任何类型的手术。所述系统还可用于在手术立即执行之前或手术之前的任何时间，快速测试外科医生或其他医生是否具有进行外科手术所需的手动灵巧性和空间或深度感知力。例如，一位年长的外科医生可能直到他们开始手术或手术失败后才意识到他们的手部灵巧性已经恶化或视力下降已经损害了他们的深度感知力。根据本发明的系统可以快速测试医生以确定他们是否不应该在特定时间执行手术。例如，计划执行msics的医生可以执行模拟msics、执行msics所需步骤的模拟子集，或者可以衡量医生表现的一个或多个其他模拟练习。例如，可能需要医生以特定角度(或以给定角度范围内的角度)将模拟手术刀引导至模拟患者表面上的特定位置。可能仅允许医生尝试以该位置和角度将手术刀置于患者表面的预定距离内一定次数，以通过测试。医学生可以使用类似的测试来考虑是否专攻需要高度灵巧性
的医学领域，然后再决定他们打算从事哪个领域。类似的测试也可以用于其他领域的人。例如，所述系统可用于测试打算操作工业起重机的人员。
[0080]
软件和计算机组件
[0081]
图3b说明模拟器的软件组件，包括模拟(1)通道，(2)晶状体囊切开术和具有完整的晶状体悬韧带的晶状体替换，(3)管理前房动态，(4)晶状体囊切开术和用不完整的晶状体悬韧带替换晶状体，以及(5)玻璃体流失管理。那些组件中每个具有视觉、模拟和触觉亚组件。
[0082]
将模拟器软件编程以支持在msics模拟器上进行整个msics过程。围绕眼的基于物理的模型、手术仪器和现场手术期间经历的力构建软件。具体地，软件包含图形眼模型、触觉模型和课件/使用者界面。对与模型相互作用的触觉和视觉反应与现场手术几乎无法区分。这个模型再现精确的工具-组织接触、真实的组织阻力、刚度、灵活性和质地，提供用模拟器机头操作仪器的真实感觉。模拟器提供足够的移动自由度以允许正确模拟和力反馈。
[0083]
如本文所用，术语“计算机”可以指代可以包含一个或多个处理器并且可以包括存储器的独立计算机，或者术语“计算机”可以指代一个或多个计算机处理器。如图3c所示，模拟器由许多计算机组成，包括模拟器计算机、课件或“模拟器界面应用”(sia)计算机以及应用编程界面(api)。模拟器计算机或“图形和/或实时pc”存储并运行模拟器软件(3-d眼和物理模型)和相关代码。模拟器计算机(300)包括眼模型的组件(302)、包括提示和引导线的仪器模型(304)、用于评价的统计算法(306)、时间临界反应的事件产生(308)以及实时视频(310)。
[0084]
课件(平板pc)计算机(350)运行“模拟器界面应用”(sia)。课件计算机(350)可以包括模拟器控制面板(352)、生成报告(354、380)、将任务评价保存至数据服务器(356)、声音识别(358)、任务内容(360)和任务评价(362)的组件。可以将受训者结果保存至受训者结果数据库(382)。指导者站(370)包括视频显示器(372)。sia的主要功能是与模拟器通信以提供培训。sia允许监测、与其互动和管理目前在模拟器上练习的特定学生，以及记录该学生的表现数据。为了完成这个，如下文所述，sia与基于模拟器的学习系统(sbls)相互作用，以使学生能够查看活动作业(基于前提条件允许)，以及下载对应于学生选择的作业的具体作业文件和内容/学习资源。当作业进行完成时，sia在每个尝试和阶段结束时上传学生的表现数据。当学生达到作业上的熟练标准时，活动作业的列表更新。关于sbls，sia可以包含下述相似模块，包括：作业数据库、学习经验逻辑、作业信息屏、模拟器通信、表现记录、sbls界面、视频编码、流动、以及储存、报道、和数据/代码更新。模拟器通信模块允许sia与模拟器通信，利用模拟器api管理作业表现。如下文所述，这样的通信是基于接受自sbls的标准作业。为了追踪每个作业表现，受训者验证访问以鉴别他们并将他们的表现数据储存至他们各自的记录。
[0085]
模拟应用编程界面(api)(中间件层)连接模拟器计算机与sia。中间件层(330)可以包括用于加载眼模型(332)、选择仪器(334)、接收统计数据(336)和接收事件(338)的组件。api可以在图形pc或平板pc上储存和运行。提供界面用于课件和模拟器之间的以太网通信，以便开始模拟，触发事件，获得度量和其他必需的通信。sia和模拟器中间件之间的通信要求包括：作业参数
–
眼模型构造和状态，表现数据
–
基于事件，表现数据
–
一般(进行中)，事件触发，音频命令，视频播放(video feed)，校准和会前检查，表现日志，以及指导、方向视
角和实时反馈。sia和模拟器之间通信的主要元件包括：
[0086]
1.手术条件：
[0087]
a.手术开始点(msics手术过程内的阶段)。
[0088]
b.手术结束点(msics手术过程内的阶段)。
[0089]
c.常见解剖变化(例如虹膜颜色、皮肤颜色、前房深度等)。
[0090]
d.手术变化(右/左眼、眼内压、白内障类型)。
[0091]
e.选择术中挑战(晶状体囊切开术期间瞳孔收缩或者去除核之后iop增加)。
[0092]
2.训练条件：
[0093]
a.作业的一个或多个特定学习目的(例如使巩膜沟具有需要的形状和大小)。
[0094]
b.表现参数和度量(例如切口的大小、切口形状相关的参数)。
[0095]
c.对应于度量的评价标准(例如范围，不超过或低于，事件(是/否)等)。
[0096]
d.评分逻辑
–
与每个度量相关的分数和/或权重和条件以计算一个或多个评分。
[0097]
e.所选的培训工具
–
指导/方向视角/实时反馈警报/听觉提示(如果进行期间这些训练工具可获得或不可获得，则设置为通信)。
[0098]
3.作业表现数据：
[0099]
a.接收作业表现参数、度量、警报、触发等上的数据。
[0100]
b.接收视频。
[0101]
4.命令：
[0102]
a.开始作业(作业文件的转移和加载)。
[0103]
b.结束/中止作业(标记任务结束并询问开始表现数据转移)。
[0104]
c.口头命令-为了有限目的(例如询问仪器(待加载等)。
[0105]
d.触发某些术中挑战(例如显微镜灯泡故障、患者抱怨疼痛等)。
[0106]
以上并不是详尽描述而是比较全面的观点。可以有一些有限的额外通信要求。
[0107]
为了以最有效的方式提供培训，sia包含以下重要特征。其将过程分解为较小的部分用于单元练习。这允许重复练习部分以有助于专注于特定任务或任务组。例如，假设将过程分解为10个任务，应当能够从任务5开始并在完成任务6之后停止。当在任务5开始时，任务1-4的所有动作已完成，并且应当加载这样更新的眼状态用于进行。sia还收集表现度量的数据(模拟器上产生的关于表现活动的数据)以将它们与标准进行比较，因此提供形成性和总结性反馈。形成性反馈有助于提高学习。例如，施用于任务的力超过要求，导致较差的表现或者切口的大小比要求的大很多。而总结性反馈表示按照目标评价表现。总结性反馈还包括评价在尝试时的表现。sia设定与现实生活相同的场景以使受训者适当地准备好有效地管理它们。这些可以是包括术中挑战的场景，例如对动作反应过度出血、支撑胶囊的弱晶状体悬韧带以及甚至在准确进行任务时出现的其他挑战。较早任务中的误差或次优表现也可以后来在手术中导致术中挑战。为了呈现这样的场景而不需要学习者/培训员在每次他们需要练习时产生它们，sia保存眼的状态，从而受训者可以从该状态开始练习。
[0108]
如图3d所示，sia(500)是模拟器的部分，并且管理每个学习者和每个作业与msics模拟器的通信和数据交换以及他们的模拟器作业表现。在一优选实施例中，模拟器通过内联网连接至中心服务器(510)。称作基于模拟器的学习系统(sbls)(520)的服务器或网络应用在中心服务器(510)上，并且用来管理向许多受训者提供培训。sbls(520)管理所有模式
的教学提供模拟器的学习管理。其包括多个学习者、模拟器、培训提供方法等的管理。例如，sbls(520)可以管理超过50-100个模拟器。当同时操作模拟器时，会产生大量视频形式的丰富数据并在模拟器和集中式服务器应用(sbls(520))之间交换。sia(500)与模拟api通信(图3c)以管理模拟练习单元即作业以及交换必要信息。sbls(520)管理为每个受训者传送作业，鉴别受训者，控制对作业的访问，记录来自作业尝试的表现数据，以及提供其他这类培训管理特征。sia(500)和sbls(520)之间的通信包括：使得使用者能够验证、同步sbls(520)以维护作业数据库(作业评价和评分相关的静态文件和代码)的本地副本的界面，将表现数据、视频等转移至sbls(520)用于在sbls(520)上更新受训者记录，以及指导者功能性相关的通信。
[0109]
sbls(520)可以包含许多模块，包括下文列出的模块。优选地，在sia(500)上保持来自sbls(520)的所选模块或某些代码的一个副本。这确保模拟器练习可以开始或继续而对sbls(520)没有任何依赖。因此，sia(500)可以包含与sbls(520)相同的下文所列的模块。sia(500)与sbls(520)通信例如以下数据：使用者验证、受训者状态信息(过去的记录、允许的作业、与作业相关的内容访问)、与sbls(520)同步的数据(将本地系统上储存的受训者的表现数据上传至网络上的sbls(520))、与指导客户端(530)通信、视频的转移、下载并更新最新版本的sia(500)、以及上传来自模拟器校准和测试的报告和问题。
[0110]
指导者/学生操作
[0111]
模块可以用于管理各种使用者(例如，超级使用者、管理员、指导者(培训员)、受训者)并提供访问控制功能。相同或不同的模块可以用于产生可以分配给学习者的用于在模拟器上练习和评价的作业。受训者会被引导练习一套“作业”，其设计为向受训者提供对手术的各个部分然后整个手术的足够练习。每个这样的作业的复杂性和难度水平会随着受训者的进步而升高。利用作业受训者接触各种白内障病例和并发症。基于几种条件、培训工具、表现参数、触发/警报、评分、前提、作业元数据的选择等产生作业。
[0112]
msics模拟器上的每个练习单元在本文中可以被称为作业。每个作业可以具有起点和终点(在msics手术内)，均表明眼的状态和相关参数(例如颜色、大小、白内障类型等)。作业可以是手术的一部分，其中一些任务已完成(例如已产生巩膜沟的眼)。作业还可以包括待呈现的并发症。sbls可以支持大量msics手术作业的数据库，使用使用者友好的界面和一系列步骤以采集并设置所有数据以定义典型的作业。
[0113]
每个作业包括模拟器需要的所有信息以便：(1)开始模拟(利用手术条件可能的选自、培训条件，即适当的眼模型变量、患者参数、手术过程中的标准/自定义起点；(2)定义对培训工具的访问-提供指导、方向视角和反馈(实时)；为误差和警报等、可能的并发症和相应行动而应用其他逐级设定和限度；(3)基于特定作业中某些条件、即威胁视觉的并发症的触发(等级2)、受训者中止作业、作业进行完成、指导者干预等确定模拟的结束；(4)允许警报和表现度量的通信
–
实时和作业结束时(有利于误差相关的反馈、尝试的评分计算、提供判给每个参数的详细评分分类等)；(5)指导者干预以改变/触发某些可修改的条件；和/或(6)确认模拟作业的每个部分使用的仪器。每个作业还包括对应于指定使得能够评价的表现参数的参考数据。对应于每个等级有指定值、范围或设置，将参数与其进行比较以分配评分或通过/失败状态。
[0114]
作业数据库可以储存可以利用例如xml信息/命令与模拟器通信的作业和相应数
据。作业文件可以包括以下细节中的一个或多个：(1)期望实时以及在作业尝试已完成之后监测和/或记录的相关表现度量；(2)指导、方向视角和实时反馈要求(包括听觉反馈和其他听觉要求)；(3)指导者可以触发的并发症的场景；(4)事件的触发；(5)连接至反馈补救内容资源的参数(度量)；(6)对应于自定义起点的参考起点名称和数据文件(跟随受训者或培训员表现保存)；(7)作业元数据：根据msics、标题、描述、标题
–
等级、任务组等的标准熟练定义的任务组/任务/子任务/移动编码。
[0115]
模拟器验证研究可以包括例如一组30-40个作业，具有约8-10个独特作业，每个具有2-3个小变化。在这类变化中，可以对基本作业文件施加影响以定制用于评分的度量，并且警报和触发可以改变以强调作业相关的某些特定学习目标。例如，作为其变体之一，“产生巩膜沟”相关的作业可以强调受训者得到正确的沟形状，并且在评分时其度量可以具有较高的权重。收集的其他度量如沟的长度、沟的深度等可以携带低权重或无权重。因此，为了评分应用于每个度量的权重可以相应地变化以提供对应于一个或多个学习目标的适当强调。
[0116]
作业信息屏可以包括为每个作业提供信息(包括图像、视频、动画等)的一组屏幕。屏幕可以具有可以在弹出式屏幕中加载进一步细节的链接。这些屏幕会呈现作业的标准信息如作业描述、进行的步骤、外科医生线索、和遵循的最佳实践、专家表现的视频、来自实际手术的视频等。
[0117]
学习经验逻辑可以评价每个独特的作业，基于熟练要求确定作业的完成，确定使得使用者可访问作业的流程或顺序等。通过许多特征可以确定受训者在模拟器上的经验。它们中重要的之一可以是“个性化”。个性化相关的特征之一可以是通过作业列表管理受训者的进展。这可以是计算机控制的，或者由培训员控制。
[0118]
可以期望受训者通过计算机控制模式的一定顺序的作业进步。虽然受训者可以查看作业列表，但是仅有按照这个预定义顺序他或她具有访问资格的那些作业可以显示为活动作业。“活动”任务表示能够练习的那些作业。当受训者完成前提作业时，“非活动”作业会变成“活动”的。培训员可以基于他的个人判断给予每个受训者对任何作业(任何顺序)的访问，或者使得能够/不能访问每个作业。此外，可以允许培训员改变称作可修改条件的选择条件(作业内提供的规格)。可修改条件指任何培训员可以改变以增强培训经验的手术模拟条件的选择。
[0119]
开放作业对于培训员可以培训员控制模式获得。其可以用缺省模拟条件配置。缺省条件是模拟器实践的最基本的设置。培训员能够利用(这些缺省条件和一些其他条件内的)可修改条件以及允许受训者开始开放作业尝试之前的手术起点进行改变。开放作业的目的可以是允许受训者在开始尝试的形成性或总结性评价之前熟悉模拟器设置和作业条件。可以对每次尝试记录标准参数和表现视频。但是，系统可以不评价和评分这个作业的尝试。培训员可以将尝试反馈记录输入系统。
[0120]
还可以提供计算机控制模式，其中预先设定的算法管理对作业文库中的作业的访问和跨作业的进展。但是，培训员可以有能力重写受训者的设定，用于选择作业和允许访问。在这种模式中，受训者可以继续练习作业而不需要指导者密切监测和确定访问。但是，可以要求指导者在实时基础上或在尝试之后审查表现数据并提供反馈。
[0121]
计算机控制模式内的自由活动(free play)特征可以允许对应于每个作业的预定
数目的尝试作为自由活动。自由活动模式的目的可以是允许受训者在开始尝试的形成性或总结性评价之前熟悉模拟器设置和作业条件。但是，仍可以记录表现数据用于监测模拟器使用。
[0122]
每个作业可以需要形成性和总结性评价。为了评价，在作业进行期间和之后可以监测并储存几个参数。总结性评价可以要求使用选择性度量并将它们与表现的设定标准进行比较以给尝试分配评分和/或分类为成功/失败尝试。综合评分可以计算自这些度量。可能要求这样以基准表现以及易于与相同使用者的其他尝试(或使用相同标准的其他使用者)进行比较。证实这个要求的简化实例在下表中列出：
[0123][0124]
当用一系列尝试中记录的一致表现证实期望等级的熟练程度时，则可以认为完成作业。完成要求还可以以需要的最少数目的尝试、最少数目的成功尝试和最少数目的连续成功尝试的形式强制一定量的练习。
[0125]
自由活动可以包括在考虑来自尝试的表现数据用于评分和进展之前对于每个作业对每个受训者允许的预设数目的尝试。其可以允许他们在受到监测和评价之前熟悉自己并适应手上的任务。每个作业的这类要求可以被设置为进展和/或评价逻辑的部分。典型作业的样品完成要求可以包括：(1)要求的最少尝试(例如，80以确保足够的练习)；(2)最少成功尝试(例如，40以确保一定最少量的成功)；(3)最少连续成功尝试(例如，37以确保成功表现的一致性)；和/或(4)自由活动(例如，15以允许熟悉作业，没有与表现审查或评价相关的任何压力)。根据一实施例，在自由活动期间，可以不分配评分且可以不提供反馈。但是，为了监测目的，仍可以记录表现数据。
[0126]
记录的尝试的简化示例如下表所示：
[0127][0128]
表现记录数据库可以用于储存每个作业的所有学习者尝试的日志，评分、度量、视频等。可以记录并储存受训者的每次尝试。产生的数据可以储存在sia/sbls上。其可以包括视频记录、每次尝试所用的时间、表现参数值、评分、尝试的计数(成功、不成功、放弃)、最后连续成功尝试的计数等。这些可以用于报道、分析，并且还可以在如上文所示的跨作业的进展的逻辑内使用。sia在每次尝试之后可以立即将每个受训者的作业尝试的记录/数据转移至sbls。此外，还可以为每个受训者收集并储存其他数据如登录时间、登出时间、尝试所用时间和会话长度。
[0129]
系统可以允许导出收集的表现数据，包括视频记录。可以在作业进行的预定阶段或根据需要储存原始3d模型参数的记录。可以将这类原始3d模型快照从sbls导出用于课件设计组审查和使用。当产生作业时其可以用于建立独特的眼模型状态。
[0130]
指导者模块允许指导者监测和管理模拟器练习会话。指导者可以利用台式/便携式pc且优选平板电脑与sbls连接。指导者模块具有访问sbls和管理培训传送的以下功能性：(1)查看模拟器实验室活动的仪表板
–
模拟器和目前使用者活动；(2)利用视频数据流监测作业进行，其中培训员可以一起查看一组视频流，或者选择一个并在视图之间切换；(3)获得实时和基于事件的更新/信息；(4)查看报告；(5)向受训者尝试的每个作业添加主观评论；(6)基于主观评价和观察对作业尝试加分或减分；(7)审查受训者表现历史；和/或(8)重写学习经验逻辑以允许受训者进步或者防止由于主观评价或其他这类原因进步。指导者还可以从模拟器平板pc登录以访问这些特征，并且还用其进行作业，就像受训者一样。
[0131]
可以生成并查看报告。每个报告的显示可以过滤、改变视图、以及分类和定制。报告可以包括：
[0132]
·
一组受训者的按照作业的作业状态报告。
[0133]
·
每个作业和横跨所有作业的单独受训者进展报告。
[0134]
·
培训活动报告(受训者或组
–
所选时间段/天)。
[0135]
·
学习分析(图表和表格)-作业(单独、组和比较)
–
这里给出一些实例：
[0136]
ο趋势
–
成功、失败、放弃尝试。
[0137]
ο成功(其他状态)或所有尝试的平均时间。
[0138]
ο至熟练的尝试数目。
[0139]
ο表现的趋势
–
作业内所选的度量(所选的一个或多个度量)。
[0140]
ο对作业的指导者评论。
[0141]
·
每个作业的尝试数目和每次尝试所用的时间。
[0142]
·
作业期间失败尝试的数目和顺序(失败表示由于威胁视觉的误差而作业结束)。
[0143]
·
按照模拟等级(2或3)的失败尝试的数目。
[0144]
·
作业期间放弃尝试的数目和顺序。
[0145]
·
按照等级的放弃尝试的数目。
[0146]
·
每个作业期间成功完成的尝试的数目和顺序。
[0147]
·
按照尝试日期，每个作业的威胁视觉的误差的列表号和描述。
[0148]
·
每10次尝试之后按照作业和日期的所选度量的报告(按照上文的界面要求度量表)。
[0149]
可以包括核心模拟和模拟器api编码的模拟软件可以定期更新，例如，以解决问题并升级功能性。此外，为了使得能够独立于sbls使用模拟器，某些编码和数据可以在sia上本地维持。这可以包括数据如作业文库以及编码如通过作业进步的逻辑等。在有更新的情况下，数据/编码更新模块可以被允许定期或按照需要将这些推送至每个模拟器。可以定期运行检查以确认安装的最新版本并在可能需要时更新模拟器。
[0150]
下表提供使用实例场景，其连接各种活动与模拟器和相关组件的功能以及特征，包括基于模拟器的学习系统(sbls)：
[0151]
[0152][0153]
可以将口头命令并入模拟器中以增加仪器更换和术中管理的真实性。可以给出要求更换仪器的口头命令，并且显微镜下的仪器视觉可以相应地改变。如果手柄不同，受训者可能需要手动更换手柄，手柄被设计为感觉像是选择使用的实际仪器。语音识别也作为课件的一部分提供，以支持受训者通过语音命令和其他命令选择仪器。
[0154]
在一些场景中，可能存在与手术助理护士的互动，需要外科医生与其他人交流。模拟器仅限于你在显微镜中看到的内容以及你的手感。任何其他交互或更高等级的通信都将由课件处理，并且模拟器将为课件提供一个接口，以根据在更高等级上执行的任何互动对模拟场景进行任何更改。例如，模拟器可以指示显微镜灯泡已烧坏。在这种情况下，显微镜灯泡烧坏，且显微镜视野变暗。外科医生的反应是要求护士更换显微镜灯泡，且完成后恢复正常光线。模拟器和课件之间的顺序如下：(1)课件向模拟器发送灯泡应该烧坏的命令，(2)模拟器通过使视图适当变暗来响应，(3)课件识别更换灯泡所需的任何事件序列，例如语音命令告诉护士更换灯泡，(4)课件向模拟器发送灯泡应该再次正常工作的命令，以及(5)模拟器恢复显微镜视图中的光线。
[0155]
还提供了心脏监测器声音。心率与模拟器中的事件相关联，也可从课件端进行设置。此外，在课件可以设置在某些事件下或直接播放的声音的情况下，患者的声音、请求和
其他声音也被纳入其中。
[0156]
尽管为了完整公开本发明的目的，参考实施例对本发明进行了详细描述，但这些实施例仅仅是示例性的并且不旨在限制或代表本发明的所有方面的详尽列举。对于本领域的普通技术人员来说，在这些细节上可以做出许多改变是显而易见的，并且本发明能够以其他形式体现，而不背离本发明的精神、基本特征和原理。此外，益处、优势、问题的解决方案以及可以允许或促进任何益处、优势或解决方案的任何元素不被解释为对本发明来说是关键的、必需的或必不可少的。本发明的范围仅受所附权利要求的限制。