一种基于PACS技术的手术模拟数据分析系统及方法与流程

本发明涉及手术模拟数据分析，具体为一种基于pacs技术的手术模拟数据分析系统及方法。

背景技术：

1、pacs系统是医院中用于存储、管理和传输医学影像数据的关键技术，它不仅提高了医学影像的存储和管理效率，同时也为手术模拟和数据分析提供了技术支持；在手术模拟中，医护人员产生的数据是多维度的，并且对于提高手术成功率、教育和研究都具有重要价值，医护人员在进行手术练习时产生的数据对于提高手术技能、评估手术流程和优化手术技术至关重要，通过从pacs系统中获取需要的医学影像数据，医护人员能够更有效地进行手术模拟，提高实际手术的成功率。pacs系统将所有医学影像数据存储在中央数据库中，随着数据量的增长和用户访问需求的增加，用户的使用体验受到影响；为此，如何提高pacs系统的效率，改善医护人员的使用体验成为了一个亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于pacs技术的手术模拟数据分析系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、在本发明的一个方面，提供一种基于pacs技术的手术模拟数据分析方法，包括：

3、s11，从手术模拟器中获取目标医护人员的目标手术模拟数据，从中央数据库获取其他医护人员的历史手术模拟数据；

4、s12，基于目标医护人员的手术模拟数据，确定目标医护人员在手术的各个环节出现问题的概率，确定目标医护人员在手术存在问题的环节；

5、s13，基于医护人员在手术存在的问题的环节，确定医护人员需要的医学影像数据并从中央数据库预下载到医护人员的终端上；

6、s14，医护人员从终端获取医学影像数据，提升对手术的熟练度。

7、在步骤s12中，所述确定目标医护人员在手术存在问题的环节，还包括以下步骤：

8、s21，从目标手术模拟数据和历史手术模拟数据中提取出手术每个环节的输入特征；对历史手术模拟数据手术中第j个环节进行标注，若手术的第j个环节成功完成，则标注为1，否则标注为0；其中j为[1,m]之间的正整数，m为手术包括的环节数量；

9、标注值反映环节出现问题的概率；对于历史手术模拟数据，每个环节是否出现问题已确定，因此标注值的结果为0或者1；对于目标手术模拟数据，标注为1说明存在问题，标注值为0则说明暂时未发现问题，处于0和1之间则说明有概率出现问题；

10、s22，对手术的第j个环节，训练二分类神经网络模型，将历史手术模拟数据划分成训练集和测试集，将训练集中手术的第j个环节的输入特征作为输入，第j个环节的标注值作为输出，训练m个二分类神经网络模型，每个二分类神经网络模型对应一个环节，并以测试集的数据对二分类神经网络模型进行验证；

11、手术包括m个环节，每个环节都存在一组输入特征，通过历史手术模拟数据的输入特征训练二分类模型，并以得到的二分类模型对目标医护人员的输入特征进行判断，能够判断目标医护人员在手术中的每个环节是否存在问题。输入特征包括但不限于环节的持续时间、手术模拟器或者监督人员给出的环节评分、触发提醒的次数等。此步骤得到了每个环节是否会出现问题，各个环节直接单独进行判断，未形成整体。

12、s23，将目标手术模拟数据在m个环节的输入特征，分别输入到m个二分类神经网络模型中，根据输出结果确定目标医护人员在手术存在的问题的环节，若环节对应的二分类神经网络模型输出结果为1，则环节存在问题，否则环节不存在问题。

13、在步骤s12中，所述确定目标医护人员在手术的各个环节的出现问题的概率还包括以下步骤：

14、s31，将目标手术模拟数据在m个环节的输入特征和历史手术模拟数据在m个环节的输入特征进行m次无监督分类，确定目标手术模拟数据在所有环节的输入特征所属的分类簇，令分类簇中历史手术模拟数据的标注值的平均值作为目标手术模拟数据在m个环节的标注值；

15、步骤s31用于寻找与目标医护人员环节相似度高的历史手术模拟数据，通过取平均值的方式得到目标手术模拟数据在m个环节的标注值，得到的标注值处于0和1之间；对于步骤s23判断出存在问题的环节，已确定存在问题，手动将标注值置为1，其他部分的标注值保持不变。

16、s32，对目标医护人员在手术存在的问题的环节，将标注值设置为1，覆盖步骤s31确定的结果；对目标手术模拟数据在m个环节的标注值和历史手术模拟数据在m个环节的标注值进行一次无监督分类，确定目标手术模拟数据在m个环节的标注值所属的目标分类簇，令目标分类簇中历史手术模拟数据为相关模拟数据，计算相关模拟数据在第j个环节的标注值的平均值，得到目标医护人员在手术的第j个环节出现问题的概率p1j，对于目标医护人员在手术存在的问题的环节，将出现问题的概率设置为1。

17、利用所有环节的标注值，找到整个手术与目标医护人员相似度较高的历史手术模拟数据，用于判断目标医护人员在手术的环节出现问题的概率。

18、由于目标医护人员的精力有限，终端的存储空间也有限，所以仅能预下载部分医学影像数据到医护人员的终端上；设定预下载的医学影像数据的数据量，每个环节的医学影像数据所占的比例即为需要找到的解；手术作为一个整体，任何环节都是缺一不可的，所以贡献值强制包括所有环节完成的概率。

19、在步骤s13中，所述确定医护人员需要的医学影像数据并从中央数据库预下载到医护人员的终端上，还包括以下步骤：

20、s41，设定初始温度t0，从m个环节中随机选择医学影像数据作为备选医学影像数据，将备选医学影像数据作为初始解，确定初始解对应的贡献值f0；并将初始解作为当前解，将初始温度作为当前温度；

21、s42，对计数单位k＝1、2、…、l，重复步骤s43至s44；l为循环的次数；

22、s43，通过在当前解的基础上产生扰动，改变备选医学影像数据，将扰动后的备选医学影像作为新解，确定新解对应的贡献值f；

23、s44，计算新解带来的贡献值的增量δf，若增量δf小于0，则以概率1接受新解作为新的当前解，若增量不小于0，则以概率接受新解作为新的当前解，式中t表示当前温度；

24、s45，按照降温方案降低当前温度，若当前温度不小于阈值，则进入步骤s42；若当前温度小于阈值，则根据当前解，确定备选医学影像数据，并将备选医学影像数据预下载到目标医护人员的终端上。

25、在步骤s41中，所述初始解对应的贡献值f0通过以下公式进行产生：

26、令p2j(0)表示获得预下载的未产生扰动的备选医学影像数据之后，目标医护人员在手术的第j个环节出现问题的概率p1j变化之后的结果，则

27、根据模拟结果，医学影像数据推荐单元会向目标医护人员推荐医学影像数据，从相关模拟数据中确定医学影像数据推荐单元的推荐效果作为系数ej，ej为1时表示医学影像数据推荐单元推荐的所有医学影像数据均为医护人员所需的医学影像数据；对于同一个环节，环节出现问题的概率p1j越高，说明医护人员需要的医学影像数据可能越多，因此环节出现问题的概率为1时需要的医学影像数据量乘上p1j得到需要的医学影像数据量；dj(0)为解对应的分配给环节的数据量；

28、在步骤s43中，所述确定新解对应的贡献值f还包括以下步骤：

29、令p2j(k)表示获得预下载的产生第k次扰动的备选医学影像数据之后，目标医护人员在手术的第i个环节出现问题的概率p1j变化之后的结果，则

30、p2j(0)通过以下步骤进行确定：

31、令相关模拟数据对应的历史医护人员为相关人员，从相关模拟数据中确定目标人员在第j个环节中需要的医学影像数据量cj，令未产生扰动的备选医学影像数据中第j个环节的医学影像数据量为dj(0)，则式中ej为系数；

32、p2j(k)通过以下步骤进行确定：令产生第k次扰动的备选医学影像数据中第j个环节的医学影像数据量为dj(k)，则

33、cj通过以下步骤进行确定：从相关模拟数据中确定相关人员在第j个环节中需要的医学影像数据量，取所有相关人员在第j个环节中需要的医学影像数据量的平均值μj，将μj×p1j作为cj的值；ej根据医学影像数据推荐单元的推荐结果进行确定，取为医学影像数据推荐单元推荐的数据中相关人员需要的数据总量和医学影像数据推荐单元推荐的数据总量的比值。

34、在本发明的另一个方面，提供一种基于pacs技术的手术模拟数据分析系统，包括：手术模拟器、数据存储模块、模拟数据分析模块和预下载模块；所述手术模拟器的输出端与所述数据存储模块的输入端相连接，用于提供虚拟手术环境，允许医护人员在模拟环境中练习手术技能；所述数据存储模块的输出端与所述模拟数据分析模块的输入端相连接，用于存储医护人员的手术模拟数据和实际手术过程中产生的医学影像数据；所述模拟数据分析模块的输出端与所述预下载模块的输入端相连接，基于目标医护人员的手术模拟数据，确定目标医护人员在手术的各个环节的出现问题的概率，确定目标医护人员在手术存在的问题的环节；所述预下载模块用于预取目标医护人员需要访问的医学影像数据。

35、所述数据存储模块还包括中央数据库和终端；所述中央数据库用于存储所有的医学影响数据和手术模拟数据，对数据进行统一管理和维护；所述终端用于临时存储目标医护人员需要访问的医学影像数据。所述模拟数据分析模块还包括问题检测单元、标注单元、无监督分类单元、优化单元和医学影像数据推荐单元；所述问题检测单元用于确定目标医护人员在手术存在的问题的环节；所述标注单元用于对手术中的环节进行标注；所述无监督分类单元用于确定目标医护人员在手术的各个环节的出现问题的概率；所述优化单元用于确定需要下载到终端的医学影像数据；所述医学影像推荐单元，根据目标医护人员的手术模拟数据，为医护人员推荐医学影像数据。所述优化单元通过模拟退火方式确定需要预下载到终端的医学影像数据，基于手术所有环节不出现问题的概率，从中央数据库选择医学影像数据。

36、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：实施数据预下载策略，pacs系统能够提供更快的数据访问速度，改善医护人员体验，并提高整体工作效率；考虑医护人员的时间精力和终端的存储空间限制，针对手术各个环节进行针对性的医学影像数据预下载，提高手术模拟的效果，帮助医护人员更好地掌握手术技能。