上海TAVR模拟器设计聚焦于经导管主动脉瓣置换术（TAVR）的精准培训需求，旨在通过模拟真实手术场景，提升心血管介入医生的操作技能与临床决策能力。作为国内医疗技术发展的关键环节，该模拟器设计融合了生物力学、计算机仿真与医疗设备工程等多学科知识，服务于心血管疾病诊疗的精准化与规范化。
设计目标与需求分析
设计目标明确围绕TAVR手术的核心流程与关键技能展开，包括模拟主动脉瓣病变的多样性与复杂性，复现经导管输送系统的操控逻辑，以及手术中的血流动力学变化。需求分析基于临床专家与培训机构的反馈，强调模拟器的易用性、真实性及可扩展性，以适应不同经验水平的医生培训需求，同时满足教学、研究及考核的多场景应用。
硬件系统设计
硬件系统采用模块化架构，核心模块包括心脏模拟模型、导管操控系统与力反馈装置。心脏模拟模型通过高分子材料与机械结构设计，实现主动脉瓣的动态变形与血流冲击响应，确保在导管操作时模拟真实的心脏搏动与瓣膜运动。导管操控系统配备高精度电机与传感器，支持多自由度运动，模拟经导管输送系统的弯曲、旋转与推送等操作，力反馈装置则通过触觉反馈传递导管与组织的相互作用力，提升操作的沉浸感与真实感。
软件系统设计
软件系统基于实时仿真引擎开发，集成生理学模型与图像处理技术。生理学模型涵盖主动脉瓣的解剖结构、病变类型（如钙化、狭窄）及血流动力学参数，通过数值计算模拟手术过程中的血流变化与瓣膜响应。图像处理模块支持实时生成超声、透视等手术影像，根据导管位置与操作状态动态调整影像内容，提供多视角观察。用户界面设计简洁直观，操作提示与反馈信息清晰呈现，支持个性化设置与数据记录，便于培训过程的追踪与评估。
仿真模型构建
仿真模型以生理学为基础，结合临床数据与实验验证构建。主动脉瓣模型采用有限元方法模拟瓣叶的弹性与变形，考虑钙化程度对瓣膜硬度的影响；血流动力学模型通过计算流体动力学（CFD）分析瓣膜置换过程中的血流变化，确保仿真结果与真实手术中的血流特征一致。模型验证通过对比真实手术数据与模拟结果，调整参数以优化仿真精度，同时结合专家评估与用户测试，验证模型的实用性与可靠性。
人机交互界面设计
人机交互设计注重操作的自然性与反馈的及时性。操控手柄采用人体工程学设计，模拟真实手术器械的握持与操作方式，力反馈装置实时传递导管与组织的触感，帮助医生感知导管位置与操作力度。屏幕显示系统提供多模态信息，包括实时超声影像、透视影像、手术参数（如压力、血流速度）及操作提示，支持医生从不同角度观察手术过程。界面支持个性化设置，如调整影像清晰度、操作提示的详细程度，以适应不同医生的操作习惯与培训需求。
验证与测试流程
验证与测试流程遵循严格的临床与工程标准。首先通过实验室测试验证硬件系统的精度与稳定性，包括心脏模型的运动精度、导管操控的准确性及力反馈的响应速度。然后进行临床专家评估，邀请心血管介入专家对模拟器的真实性、易用性及教学价值进行评价，根据反馈调整设计细节。接着开展用户测试，邀请不同经验水平的医生进行模拟操作，收集操作数据与反馈，优化仿真模型与界面设计。最后通过对比真实手术数据与模拟结果，验证模拟器的有效性，确保其能够准确反映TAVR手术的关键环节与挑战。
上海TAVR模拟器设计通过整合多学科技术，实现了对TAVR手术真实场景的精准模拟，为心血管介入医生的培训提供了有效的工具。其模块化设计、实时仿真与多模态交互的特点，不仅提升了培训的沉浸感与真实性，还支持个性化教学与数据化评估，为心血管疾病诊疗的规范化与精准化发展提供了技术支撑。未来，随着技术的不断进步，该模拟器将进一步优化仿真模型与交互体验，拓展应用场景，为更多医生提供高质量的培训支持。
