[實用新型]交互式虛擬分段診刮術(shù)教學系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620868473.8
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN206134077U
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鹿群;王建六;張詩杰;鄭亦嘉;王凱樂;張凱;甄家毅;張玨;方競
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學人民醫(yī)院;北京大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11360
• 代理人: 黃鳳茹

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及醫(yī)學教學領(lǐng)域，尤其涉及一種交互式虛擬分段診刮術(shù)教學系統(tǒng)。

背景技術(shù)

分段診斷性分段診刮術(shù)(簡稱分段診刮術(shù))是所有臨床醫(yī)學學生必須掌握的臨床技能之一，具有很強的臨床實用性。傳統(tǒng)分段診刮術(shù)的教學工作依靠橡皮模具來完成。指導教師只能通過學生操作步驟、外露的部分刮宮器械對學生的操作進行猜測，進而進行考核和指導，不僅增加了教學難度，降低了教學效率，也使得學生無法得知自己操作是否正確、力度是否適當。因此，現(xiàn)有的教學設(shè)備和教學方法使得學生進入臨床實踐后遇到兩方面的問題，一方面不能準確地實施分段診刮，混淆宮頸或?qū)m腔的標本，給臨床診斷帶來困難；另一方面是力度不當，輕者會導致病人的強烈不適，重者造成子宮內(nèi)膜損傷、子宮穿孔等醫(yī)療事故，給病人身心帶來創(chuàng)傷，無法實現(xiàn)臨床教學的預(yù)期效果。

實用新型內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種交互式虛擬分段診刮術(shù)教學系統(tǒng)，向教與學雙方(包括醫(yī)學生和臨床醫(yī)生)提供仿真的手術(shù)操作模擬裝置，具有刮勺實時壓力計算功能，能夠靈敏地捕獲學習者操作力度，給學習者提供及時的觸覺反饋，實現(xiàn)視覺學習，提高學習的效率。

本實用新型提供的技術(shù)方案是：

一種交互式虛擬分段診刮術(shù)教學系統(tǒng)，包括：整體外殼、模擬刮宮勺、二維運動定位系統(tǒng)、萬向部件、數(shù)據(jù)信息處理器和顯示器；所述模擬刮宮勺、二維運動定位系統(tǒng)、萬向部件、數(shù)據(jù)信息處理器和顯示器均置于整體外殼中；所述模擬刮宮勺插在所述萬向部件中；所述萬向部件帶有傳感和觸覺反饋，夾持在整體外殼的前部中央；所述數(shù)據(jù)信息處理器固定在二維運動定位系統(tǒng)上，用于構(gòu)建虛擬環(huán)境和用戶交互；所述模擬刮宮勺具有三個旋轉(zhuǎn)自由度和一個位移自由度，用于對分段診刮術(shù)操作進行模擬。

作為優(yōu)選，所述顯示器固定在數(shù)據(jù)信息處理器上部；所述的模擬刮宮勺的主體部分是由表面粗糙的中空直桿制成，外直徑可為1～5厘米，使用不銹鋼材質(zhì)；優(yōu)選地，外直徑和材質(zhì)與真實手術(shù)使用的刮宮勺一致；

作為優(yōu)選，所述的萬向部件由一個帶有凹槽的萬向球、4-8個均勻分布在萬向球內(nèi)的震蕩電機、一對萬向球托盤以及相應(yīng)的一對固定柱組成，其中固定柱固定在底座上，每只固定柱端部固定有相應(yīng)的萬向球托盤，萬向球托盤為碗狀；萬向球托盤罩扣在萬向球兩端，保證萬向球僅能在萬向球托盤中進行任意角度的旋轉(zhuǎn)；萬向球托盤可從上下包裹固定住萬向球；震蕩電機圍繞模擬刮宮勺，并均勻鑲嵌在萬向球中，可為4-8個；非接觸光學傳感器鑲嵌在萬向球的凹槽中；萬向部件固定于整體外殼；

模擬刮宮勺穿插放置在萬向球中心；模擬刮宮勺包括中空直桿和端部的發(fā)光管；端部的發(fā)光管可采用有色LED發(fā)光管或紅外發(fā)光管。電氣連接通過模擬刮宮勺內(nèi)的中空部分完成。

作為優(yōu)選，所述的二維運動定位系統(tǒng)由放置在模擬刮宮勺尖端前方的攝像機和幕布構(gòu)成，攝像機和幕布的間距范圍為10-50CM；

作為優(yōu)選，所述的數(shù)據(jù)信息處理器包括位置計算模塊，物理仿真模塊和三維渲染模塊；位置計算模塊接收二維運動定位系統(tǒng)和萬向部件發(fā)來的信號，整合為模擬刮宮勺位置數(shù)據(jù)，傳送給物理仿真模塊和三維渲染模塊；物理仿真模塊接收模擬刮宮勺位置數(shù)據(jù)，根據(jù)采集好的刮宮手術(shù)實際力量，通過物理引擎仿真得到觸覺數(shù)據(jù)，傳給萬向裝置；三維渲染模塊接收模擬刮宮勺位置數(shù)據(jù)，根據(jù)采集好的子宮形狀數(shù)據(jù)，實時渲染虛擬場景得到虛擬圖像數(shù)據(jù)，并將結(jié)果交由顯示器交互顯示。

作為優(yōu)選，所述的顯示器接收數(shù)據(jù)信息處理器發(fā)送的虛擬圖像數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)子宮和刮勺的動態(tài)真實感刮宮手術(shù)虛擬場景。

作為優(yōu)選，所述的整體外殼模擬女性外陰部以及部分軀干，可由硅膠等仿人皮材料制成，外形為女性下半身等比例模型。

使用上述交互式虛擬分段診刮術(shù)教學系統(tǒng)進行教學包括如下步驟：

1)采集刮宮手術(shù)實際力量數(shù)據(jù)和子宮形狀數(shù)據(jù)，作為參照數(shù)據(jù)；

2)將模擬刮宮勺插在萬向部件中；模擬刮宮勺具有三個旋轉(zhuǎn)自由度和一個位移自由度，用于抽插；萬向部件帶有傳感和觸覺反饋，用于操作模擬刮宮勺；

3)數(shù)據(jù)信息處理器接收二維運動定位系統(tǒng)和萬向部件發(fā)來的信號，獲取模擬刮宮勺在整體外殼內(nèi)部的實時位置信息；

4)物理仿真模塊接收模擬刮宮勺的位置數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的刮宮手術(shù)實際力量數(shù)據(jù)，通過常用物理引擎計算得到對應(yīng)的觸覺數(shù)據(jù)；將觸覺數(shù)據(jù)傳給萬向部件；

常用物理引擎處理包括unity3D、虛幻3等。

5)三維渲染模塊接收模擬刮宮勺的位置數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的子宮形狀數(shù)據(jù)，通過三維引擎實時渲染虛擬場景得到虛擬圖像數(shù)據(jù)，由顯示器交互顯示。