一種用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鼻胃管(NGT)是一種在門(mén)診和醫(yī)院中慣用的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療器械，其放置操作是護(hù)理環(huán)節(jié)中的常見(jiàn)過(guò)程。然而，鼻胃管放置是一個(gè)不能在人類(lèi)視覺(jué)透視輔助下完成的動(dòng)作，管體的定位不能直接被裸眼識(shí)別，因此由疏忽造成的鼻胃管誤插導(dǎo)致的致命醫(yī)療事故及并發(fā)癥時(shí)有發(fā)生。
[0003]在當(dāng)前的技術(shù)條件下，護(hù)理教學(xué)中鼻胃管放置通常是在普通課室中利用真人實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)，而嚴(yán)重的醫(yī)療事故是有可能發(fā)生在這些真人被實(shí)驗(yàn)者身上的，其原因在于上述無(wú)視覺(jué)透視插管過(guò)程中，鼻胃管可能會(huì)在不經(jīng)意間碰撞到除胃部外的其他人體器官，如食道和鼻咽部位，導(dǎo)致縱膈并發(fā)癥或者肺炎，甚至由于食道及胸腔大血管的穿刺而造成大量出血。
[0004]除卻真人實(shí)驗(yàn)，采用醫(yī)用假人模特也是鼻胃管放置訓(xùn)練的一種途徑，然而畢竟假人模特不能替代人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)，且其缺乏感知觸覺(jué)，不能模擬患者在插管過(guò)程中的生理反應(yīng)，使得該種訓(xùn)練方法難以在護(hù)理學(xué)院和醫(yī)學(xué)院的學(xué)員中得到有效推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述護(hù)理學(xué)教學(xué)過(guò)程中真人鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)可能導(dǎo)致嚴(yán)重醫(yī)療事故，而假人模特?zé)o法模擬患者生理反應(yīng)的缺陷，提供一種用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)基于個(gè)人電腦平臺(tái)上安裝的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)與智能計(jì)算軟件以及一套外置的觸覺(jué)反饋設(shè)備，學(xué)員通過(guò)在系統(tǒng)上完成臨床鼻胃管手工放置步驟以實(shí)現(xiàn)認(rèn)知訓(xùn)練，該訓(xùn)練過(guò)程中系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置的臨床數(shù)據(jù)劃分管體所處的虛擬人體區(qū)域，并通過(guò)觸覺(jué)反饋和立體聲效向?qū)W員模擬患者的生理反應(yīng)，學(xué)員在整個(gè)鼻胃管放置過(guò)程中的動(dòng)作將予以量化評(píng)估，供學(xué)員改進(jìn)臨床操作技巧。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)，包括以下部分:
[0007]系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和虛擬場(chǎng)景內(nèi)的三維幾何模型以及操作者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)；
[0008]虛擬人體模塊，用于構(gòu)建所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，所述虛擬人體模塊包括:
[0009]碰撞檢測(cè)單元，用于實(shí)時(shí)確定虛擬鼻胃管在虛擬人體中的位置，探測(cè)所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞；
[0010]變形單元，用于計(jì)算所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞力度大小及所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的物理變形程度；
[0011]反饋信息生成模塊，用于根據(jù)所述虛擬鼻胃管在所述虛擬人體中的位置，所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞力度大小及所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的物理變形程度生成反饋信息。
[0012]用戶(hù)界面，用于在所述虛擬鼻胃管放置操作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)操作者與虛擬患者之間信息交互。
[0013]優(yōu)選地，所述反饋信息生成模塊包括:
[0014]圖像反饋信息生成單元，用于生成反映虛擬鼻胃管在虛擬人體中的位置，所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞力度大小及所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的物理變形程度的圖像反饋信息；
[0015]所述用戶(hù)界面包括:
[0016]圖像反饋顯示單元，用于根據(jù)所述圖像反饋信息生成所述虛擬鼻胃管在所述虛擬人體中的放置過(guò)程透視圖。
[0017]優(yōu)選地，所述反饋信息生成模塊包括:
[0018]觸覺(jué)反饋信息生成單元，用于生成反映所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞及碰撞力度大小的觸覺(jué)反饋信息；
[0019]所述用戶(hù)界面包括:
[0020]觸覺(jué)反饋傳遞單元，用于傳遞所述虛擬鼻胃管放置操作過(guò)程中所述操作者對(duì)所述虛擬鼻胃管所施加的作用力，以及根據(jù)所述觸覺(jué)反饋信息重構(gòu)所述虛擬鼻胃管對(duì)所述操作者所施加的反作用力。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述虛擬人體模塊還包括:
[0022]生理學(xué)單元，用于再現(xiàn)所述虛擬鼻胃管的放置過(guò)程中所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的生理變化；
[0023]所述用戶(hù)界面包括:
[0024]語(yǔ)音輸出單元，用于識(shí)別所述操作者對(duì)所述虛擬患者所下達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)指令，使得所述生理學(xué)單元根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)指令產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化。
[0025]優(yōu)選地，所述用戶(hù)界面還包括:
[0026]語(yǔ)音輸入單元，用于所述操作者對(duì)所述虛擬患者下達(dá)所述標(biāo)準(zhǔn)指令，使得所述生理學(xué)單元根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)指令產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化。
[0027]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括以下部分:
[0028]表現(xiàn)評(píng)估模塊，用于記錄所述虛擬鼻胃管的放置過(guò)程中所述操作者的若干個(gè)所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)評(píng)估，所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0029]優(yōu)選地，所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)包括下列參數(shù)中的一種或多種:鼻胃管放置任務(wù)總耗時(shí)，所述虛擬鼻胃管停留在各所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的分耗時(shí)，所述操作者對(duì)所述虛擬鼻胃管所施加的作用力，以及所述虛擬鼻胃管的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0030]優(yōu)選地，所述虛擬人體模塊基于將所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)以四面體網(wǎng)格的方式進(jìn)行建模，不同部位的所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)根據(jù)臨床鼻胃管放置流程中遇到梗塞的可能性大小差異而具有不同的建模分辨率。
[0031]優(yōu)選地，所述變形單元的構(gòu)建基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型及有限單元法。
[0032]本發(fā)明還提供一種用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)裝置，其特征在于，包括以下部分:
[0033]計(jì)算機(jī)主機(jī)，用于安裝并運(yùn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，虛擬人體模塊，反饋信息生成模塊以及表現(xiàn)評(píng)估模塊；
[0034]顯示器，用于向操作者展示用戶(hù)界面；
[0035]觸覺(jué)反饋器件，用于傳遞虛擬鼻胃管放置操作過(guò)程中所述操作者對(duì)所述虛擬鼻胃管所施加的作用力及所述虛擬鼻胃管對(duì)所述操作者所施加的反作用力。
[0036]實(shí)施本發(fā)明的一種用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及裝置，具有以下有益效果:基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)，徹底杜絕了利用真人實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作時(shí)可能出現(xiàn)的醫(yī)療事故，保障了教學(xué)安全；虛擬鼻胃管管體在虛擬人體行進(jìn)的過(guò)程對(duì)于學(xué)員而言是可視化的，插管過(guò)程中的作用力將傳遞至操作者手部，臨床患者所可能出現(xiàn)的生理反應(yīng)以多種方式及時(shí)向操作者反饋，從而加深了學(xué)習(xí)者的感官認(rèn)知；操作者與教學(xué)系統(tǒng)之間通過(guò)語(yǔ)音命令實(shí)現(xiàn)互動(dòng)，提升了學(xué)員臨床溝通技巧；通過(guò)對(duì)操作者的模擬插管表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了學(xué)員即使導(dǎo)師不在場(chǎng)的情況下也能進(jìn)行自主練習(xí)，也對(duì)教學(xué)計(jì)劃的制定提供數(shù)據(jù)支持。
【附圖說(shuō)明】
[0037]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0038]圖1是本發(fā)明的用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)框圖；
[0039]圖2是本發(fā)明的用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)用戶(hù)界面示意圖；
[0040]圖3是本發(fā)明的用于鼻胃管操作實(shí)訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)裝置硬件組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0042]本發(fā)明的核心理念是將前沿的VR技術(shù)引入鼻胃管放置教學(xué)中，