本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)教育實訓(xùn)操作領(lǐng)域，具體涉及一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的氣管插管訓(xùn)練過程的判定是由專業(yè)教師現(xiàn)場評估。通過教師的經(jīng)驗判斷學(xué)員插管的位置、力度、深度、速度是否正確，然而這樣的訓(xùn)練方式存在下列5個問題：(1)對教師及教師的經(jīng)驗依賴程度高；(2)難以對實操訓(xùn)練效果標準量化；(3)訓(xùn)練枯燥乏味，訓(xùn)練的模型沒有互動，學(xué)生的積極性不高；(4)只能課上訓(xùn)練，受場地、時間的限制，每個學(xué)生并不能都能得到教師的課上指導(dǎo)。(5)對于氣管插管，由于有模型的遮蓋，教師無法直接判斷學(xué)員操作的正確性。

2、隨著科技進步、三維仿真技術(shù)的成熟、嵌入式的模塊化等多個學(xué)科融合得到關(guān)注，其在醫(yī)學(xué)教育實訓(xùn)領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力。然而，目前缺乏一種能夠通過三維仿真技術(shù)及嵌入想結(jié)合的訓(xùn)練系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)及方法，提高訓(xùn)練效率和效果。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)，其包括模擬人體結(jié)構(gòu)的氣管模型和食道模型，所述氣管模型包括聲門、主氣管、左支氣管和右支氣管，在所述聲門、主氣管、左主支氣管、右主支氣管和食道位置安裝有金屬檢測傳感器，所述金屬檢測傳感器用于檢測是否有金屬經(jīng)過其所在部分的通道，并且金屬檢測傳感器連接嵌入式控制系統(tǒng)，將檢測到的信息發(fā)送至嵌入式控制系統(tǒng)。

4、進一步的，所述嵌入式控制系統(tǒng)包括主控制器、傳感器控制模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊和顯示模塊。

5、更進一步的，所述嵌入式控制器通過wifi網(wǎng)絡(luò)連接到后臺服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互。

6、進一步的，在進行氣管插管模擬操作時，通過金屬檢測傳感器檢測并對數(shù)據(jù)進行采集與記錄，系統(tǒng)分析金屬導(dǎo)管通過哪個部分的金屬檢測傳感器，如果通過聲門、氣管則判定結(jié)果為正確，如果通過主支氣管則判定結(jié)果未插入過深，如果通過食道則判定結(jié)果為錯誤。

7、進一步的，所述金屬檢測傳感器通過檢測電感變化來判斷是否被觸發(fā)，從而確定插管所在的位置；所述嵌入式控制系統(tǒng)通過引腳中斷事件得到金屬檢測傳感器被觸發(fā)的消息，并將插管位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，所述服務(wù)器控制三維應(yīng)用播放不同的動畫，實現(xiàn)直觀、及時的效果展示。

8、進一步的，使用塑料材質(zhì)模擬聲門、氣管、主支氣管以及食道，使用硅膠材質(zhì)模擬皮膚肌肉組織，整體架構(gòu)模擬人體基本結(jié)構(gòu)。

9、另一方面，本發(fā)明還提供一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練方法，訓(xùn)練步驟為：

10、步驟1，啟動攝像頭，將攝像頭角度調(diào)整到合適角度，能夠完整拍攝到操作區(qū)域；

11、步驟2，打開web端程序，以賬號和密碼登錄氣管插管三維訓(xùn)練平臺，登錄后檢查攝像頭拍攝是否正常；

12、步驟3，打開氣管插管模擬人裝置上的嵌入式控制器；

13、步驟4，完成以上的操作后點擊頁面上的開始按鈕然后進行訓(xùn)練，在操作時安裝在模擬人聲門、氣管、左主支氣管、右主支氣管和食道的金屬檢測傳感器會檢測到金屬插管的所在位置，之后嵌入式控制器通過網(wǎng)絡(luò)將當前信息傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器；

14、步驟5，每次訓(xùn)練結(jié)束后，進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計記錄；自動保存訓(xùn)練的視頻，用于后期回放。

15、進一步的，通過區(qū)分模型材質(zhì)和氣管插管操作使用的導(dǎo)管材質(zhì)，營造使用金屬檢測傳感器檢測出導(dǎo)管的條件。

16、進一步的，通過使用金屬檢測傳感器檢測操作的導(dǎo)管從而分辨并判定該導(dǎo)管所在模型的具體位置。

17、更進一步的，根據(jù)操作的結(jié)果分以下判別標準：(1)聲門觸發(fā)：說明插管開始進入主氣管，正常操作；(2)氣管觸發(fā)：插管位于主氣管，正常操作；(3)左主支氣管、右主支氣管觸發(fā)：插管通過了主氣管，進入了支氣管，是過度操作；(4)食道觸發(fā)：插管沒有進入主氣管，而是進入了食道，是錯誤操作。

18、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明使得醫(yī)護人員可以直觀的判斷自己的操作是否正確和標準，從而達到訓(xùn)練的目的。本系統(tǒng)實現(xiàn)了插管所在關(guān)鍵位置的檢測，以及本系統(tǒng)可與三維可視化進行結(jié)合，實現(xiàn)直觀、及時的效果展示。

技術(shù)特征：

1.一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬人體結(jié)構(gòu)的氣管模型和食道模型，所述氣管模型包括聲門、主氣管、左支氣管和右支氣管，在所述聲門、主氣管、左主支氣管、右主支氣管和食道位置安裝有金屬檢測傳感器，所述金屬檢測傳感器用于檢測是否有金屬經(jīng)過其所在部分的通道，并且金屬檢測傳感器連接嵌入式控制系統(tǒng)，將檢測到的信息發(fā)送至嵌入式控制系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述嵌入式控制系統(tǒng)包括主控制器、傳感器控制模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊和顯示模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述嵌入式控制器通過wifi網(wǎng)絡(luò)連接到后臺服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，在進行氣管插管模擬操作時，通過金屬檢測傳感器檢測并對數(shù)據(jù)進行采集與記錄，系統(tǒng)分析金屬導(dǎo)管通過哪個部分的金屬檢測傳感器，如果通過聲門、氣管則判定結(jié)果為正確，如果通過主支氣管則判定結(jié)果未插入過深，如果通過食道則判定結(jié)果為錯誤。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬檢測傳感器通過檢測電感變化來判斷是否被觸發(fā)，從而確定插管所在的位置；所述嵌入式控制系統(tǒng)通過引腳中斷事件得到金屬檢測傳感器被觸發(fā)的消息，并將插管位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，所述服務(wù)器控制三維應(yīng)用播放不同的動畫，實現(xiàn)直觀、及時的效果展示。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，使用塑料材質(zhì)模擬聲門、氣管、主支氣管以及食道，使用硅膠材質(zhì)模擬皮膚肌肉組織，整體架構(gòu)模擬人體基本結(jié)構(gòu)。

7.一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練方法，其特征在于，訓(xùn)練步驟為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練方法，其特征在于，通過區(qū)分模型材質(zhì)和氣管插管操作使用的導(dǎo)管材質(zhì)，營造使用金屬檢測傳感器檢測出導(dǎo)管的條件。

9.根據(jù)權(quán)利要求7一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練方法，其特征在于，通過使用金屬檢測傳感器檢測操作的導(dǎo)管從而分辨并判定該導(dǎo)管所在模型的具體位置。

10.根據(jù)權(quán)利要求9一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練方法，其特征在于，根據(jù)操作的結(jié)果分以下判別標準：(1)聲門觸發(fā)：說明插管開始進入主氣管，正常操作；(2)氣管觸發(fā)：插管位于主氣管，正常操作；(3)左主支氣管、右主支氣管觸發(fā)：插管通過了主氣管，進入了支氣管，是過度操作；(4)食道觸發(fā)：插管沒有進入主氣管，而是進入了食道，是錯誤操作。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于嵌入式和三維可視化結(jié)合的氣管插管操作自動評估的訓(xùn)練系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括模擬人體結(jié)構(gòu)的氣管模型和食道模型，所述氣管模型包括聲門、主氣管、左支氣管和右支氣管，在所述聲門、主氣管、左主支氣管、右主支氣管和食道位置安裝有金屬檢測傳感器，所述金屬檢測傳感器用于檢測是否有金屬經(jīng)過其所在部分的通道，并且金屬檢測傳感器連接嵌入式控制系統(tǒng)，將檢測到的信息發(fā)送至嵌入式控制系統(tǒng)。本發(fā)明實現(xiàn)基于插管過程中的位置、力度、深度、速度等由人眼不能直接觀察到的關(guān)鍵點的感應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸，并和三維仿真模型連通互動，將操作過程以可視化的方式展示，并可實現(xiàn)自動評估，以最終實現(xiàn)操作考核的可量化、標準化和規(guī)范化。

技術(shù)研發(fā)人員：王寧,吳昊,陳旭鋒,婁爽,許迪
受保護的技術(shù)使用者：南京醫(yī)科大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26