CN104887175A - 一种虚拟胃镜检查与诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种虚拟胃镜检查与诊断系统，基于工业内窥镜利用机电技术全真模拟真实胃镜插入部，实现对模拟人相关部位摄像、拍照、活检、吸引、注水、注气等主要功能。该系统包括模拟人，模拟人采用经改装的高级全功能护理人模型作为人体模型，尽量接近临床实际。该系统包括用户管理单元，信息采集单元、部位识别单元、数据库单元、控制单元、图像处理单元、报告生成单元和报警单元；建立了完整的虚拟胃镜检查与诊断系统，为胃镜临床操作与诊断的学习和培训提供了一种解决方案；实现了典型病例的专家诊断和学生诊断对比，对学生提高诊断能力和书写能力有重要作用。

Description

一种虚拟胃镜检查与诊断系统

技术领域

本发明涉及一种虚拟胃镜检查与诊断系统，具体涉及基于胃镜检测装置进行操作仿真和虚拟诊断的胃镜系统，属于医疗诊断教学领域。

背景技术

目前，对于内窥镜类教学系统设计方法，人们更多的关注操作模拟方法即插入部模拟方法、人体器官病变模拟方法等，而对内窥镜类产品的软件操作和插入部操作两者结合模拟重视不够，只有山东省聊城市人民医院推出的神经内窥镜模拟训练装置(专利号：200910015747.3)可与电脑无缝连接，但是仍不具有软件模拟诊断及诊断报告书写功能，而这些是内窥镜医护人员的主要工作。目前公认的所有内窥镜类教学系统设计方法都未能设计认知系统，而对于实际受训者很可能在实际操作中因认错方向而增加操作时间，从而引起病人不满和极大的痛苦。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种虚拟胃镜检查与诊断系统，通过气道报警单元、胃镜检测装置和上消化道信息采集单元实现对部位的准确识别和定位。

本发明的技术方案为：一种虚拟胃镜检查与诊断系统，包括模拟人，该系统包括用户管理单元，信息采集单元、部位识别单元、数据库单元、控制单元、图像处理单元、报告生成单元和报警单元；所述信息采集单元通过胃镜检测装置采集模拟人上消化道信息；所述部位识别单元根据信息采集单元采集的图像判定检测位置；所述数据库单元存储病灶图片、病灶专家诊断信息、用户和病人信息；所述图像处理单元用于对信息采集单元采集的图片进行处理；所述报告生成单元用于生成家诊断报告和学生诊断报告；所述报警单元用于仿真胃镜插入操作失误时进行报警。所述信息采集单元包括胃镜检测装置和上消化道信息采集单元。所述上消化道信息采集单元包括分别安装在模拟人的食道、贲门、胃体、胃角、胃窦、幽门和十二指肠的七组发光二极管和接近开关，所述发光二极管和接近开关串联，所述发光二极管为七组不同颜色的发光二极管。所述胃镜检测装置包括插入部，插入部先端设有摄像头和光源，插入部后端接有把持部，插入部侧面设有活检吸引通道、注气通道和注水通道，活检吸引通道、注气通道和注水通道两端分别与把持部和摄像头齐平，把持部设有USB接口。所述光源为六个可调节亮度的LED灯，六个LED灯绕摄像头均匀分布。所述胃镜检测装置还包括活检装置和吸引装置，活检装置包括活检吸引通道和通过活检吸引通道到达插入部的摄像头位置的医用活检钳，吸引装置为固定于把持部的活检吸引通道上医用吸痰器。所述注气通道和注水通道把持部一端分别与注射器连接。所述胃镜检测装置还包括弯曲部，弯曲部两侧分别设有用于使弯曲部弯曲的弯曲驱动单元。所述插入部外表面设有用于记录插入距离的刻度尺。所述报警单元包括气道报警单元，气道报警单元的细漆包线L接在模拟人气道入口处，插入部没有进入气管，L完好，VT1和VT2组成电子开关，L短接，三极管VT1的基极处于低电平，三极管VT1和VT2都处于截止状态，VT2的发射极无电流输出，LC179型三模拟声报警电路失电不工作，扬声器B无声；当插入部进入气管，L被扯断，VT1因R1获得基极电压而导通，VT2也随之导通，LC179型三模拟声报警电路得电报警。

本发明的有益效果为：本发明与背景技术相比，一是建立了完整的虚拟胃镜检查与诊断系统，为胃镜临床操作与诊断的学习和培训提供了一种解决方案；二是胃镜插入操作的过程中可以在清楚观察镜下情况的同时，方便的区分食道等七个关键部位，并针对插入气道误操作报警；三是胃镜检测装置在具有活检、吸引、注水、注气、弯曲、摄像、拍照等主要功能的同时，使用寿命长，维修方便快捷，且制造成本低；四是虚拟胃镜检查与诊断系统除了全真模拟真实胃镜的操作环境外，实现了典型病例的专家诊断和学生诊断对比，对学生提高诊断能力和书写能力有重要作用。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的系统结构图；

图2为本发明具体实施方式胃镜检测装置结构图。

图3为本发明具体实施方式的气道报警电路图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，一种虚拟胃镜检查与诊断系统，基于工业内窥镜利用机电技术全真模拟真实胃镜插入部，实现对模拟人相关部位摄像、拍照、活检、吸引、注水、注气等主要功能。该系统包括模拟人，模拟人采用经改装的高级全功能护理人模型作为人体模型，尽量接近临床实际。该系统包括用户管理单元，信息采集单元、部位识别单元、数据库单元、控制单元、图像处理单元、报告生成单元和报警单元；所述信息采集单元通过胃镜检测装置采集模拟人上消化道信息；所述部位识别单元根据信息采集单元采集的图像判定检测位置；所述数据库单元存储病灶图片、病灶专家诊断信息、用户和病人信息；所述图像处理单元用于对信息采集单元采集的图片进行处理；所述报告生成单元用于生成家诊断报告和学生诊断报告；所述报警单元用于仿真胃镜插入操作失误时进行报警。所述信息采集单元包括胃镜检测装置和上消化道信息采集单元。用户管理单元，信息采集单元、部位识别单元、数据库单元、图像处理单元、报告生成单元、报警单元分别与控制单元连接。

所述上消化道信息采集单元包括分别安装在模拟人的食道、贲门、胃体、胃角、胃窦、幽门和十二指肠的七组发光二极管和接近开关，所述发光二极管和接近开关串联，所述发光二极管为七组不同颜色的发光二极管。

如图2所示，所述胃镜检测装置包括直径5mm插入部，插入部前端设有夜视防水摄像系统包括130万像素摄像头和光源，插入部后端接有把持部，插入部侧面设有活检吸引通道、注气通道和注水通道，活检吸引通道、注气通道和注水通道两端分别与把持部和摄像头齐平，把持部设有USB接口。把持部，即内窥镜操作部，其具有夜视摄像系统调光操作和图像采集操作。插入部后端自带具有USB接头的USB连接线，可与计算机无缝连接，且使内窥镜获得工作电源。所述光源为六个可调节亮度的LED灯，六个LED灯绕摄像头均匀分布。所述胃镜检测装置还包括活检装置和吸引装置，活检装置包括活检吸引通道和通过活检吸引通道到达插入部的摄像头位置的医用活检钳，吸引装置为固定于把持部的活检吸引通道上医用吸痰器。所述注气通道和注水通道把持部一端分别与注射器连接。所述胃镜检测装置还包括弯曲部，弯曲部两侧分别设有用于使弯曲部弯曲的弯曲驱动单元。所述插入部外表面设有用于记录插入距离的刻度尺。所述报警单元包括气道报警单元，气道报警单元的细漆包线L接在模拟人气道入口处，插入部没有进入气管，L完好，VT1和VT2组成电子开关，L短接，三极管VT1的基极处于低电平，三极管VT1和VT2都处于截止状态，VT2的发射极无电流输出，LC179型三模拟声报警电路失电不工作，扬声器B无声；当插入部进入气管，L被扯断，VT1因R1获得基极电压而导通，VT2也随之导通，LC179型三模拟声报警电路得电报警。

(1)活检和吸引

胃镜活检就是在做胃镜的同时取胃部病变细胞组织单独检查。吸引是为了去除多余的胃内容物。

方法：活检通道和吸引通道是附着在插入部上的一根中空透明的硬管，硬管前端与摄像头平齐，硬管后端与手柄前端平齐。活检：医用活检钳直接通过硬管后端到达摄像头前端，即摄像头镜下位置。吸引：手持式手动家用医用吸痰器接入硬管后端实现吸引功能。

(2)注气和注水

当需置管、扩张和取异物时，常常胃腔内因充气不足而黏膜贴近摄像头镜面时，此时需少量注气。当摄像头被玷污时，可少量注水，清洗镜面。注水和注气是两个不同的通道。

方法：注水和注气是两个不同的通道。但两个通道分别附着在插入部上的两根中空透明的硬管，硬管前端与摄像头平齐，硬管后端与手柄前端平齐。硬管后端连接一个去除针头的注射器。注气通道：注射器专门向腔体内少量注气，注水通道：注射器专门向腔体内少量注水。

(3)弯曲部

为了能够对弯曲的食道、胃壁及十二指肠深度探查，能观察不能直视到的部位及其空间结构和状态，胃镜插入部必须具有弯曲部。本设计包括左弯曲驱动单元和右弯曲驱动单元。

方法：左弯曲驱动单元设计——在弯曲部左侧(距前端部约4cm处)焊接一段约1.5cm的钢丝。在此钢丝中端再焊接一根钢丝，通过插入部内部从弯曲部到达把持部。拉动把持部的钢丝发现弯曲部向左弯曲。右弯曲驱动单元与左弯曲驱动单元一致。左、右弯曲驱动单元配合，可使胃镜弯曲部在左右方向实现300度弯曲。

(4)图像生成部距离设计

为准确判断图像生成部的位置，在操作中需明确图像生成部距参考点的距离(从口腔入以中切牙为参考点，从鼻腔入以鼻孔为参考点)。

方法：在插入部外缘贴一张长度1m的米尺贴。

(5)便携式设计

虚拟胃镜检查与诊断系统可任意移动，便于受训者在任意场合使用。

方法：可移动的系统台车——医用推车的下层放置教学系统模拟人，上层放入装有胃镜虚拟诊断系统的计算机。且在医用推车上安装一根具有两个弯钩的竖杆，分别放置胃镜检测装置和医用活检钳。

利用发光二级管和限位开关等研发气道认知报警系统和食道、贲门、胃体、胃角、胃窦、幽门、十二指肠七个关键部位的认知系统，受训者很可能在实际操作中因认错方向而增加操作时间，从而引起病人不满和极大的痛苦。为了使受训者更为清楚的认知操作方向，我院设计了方向认知报警系统，即气道报警系统和关键部位报警系统。

1、气道报警系统设计如图3所示

初学者对于食道和气道的认识不清，会导致在胃镜插管操作中容易将插管误入病人气道，使气道受到损伤。为此，本文设计了气道报警系统，如图3所示。设计原理说明：报警系统中的细漆包线L接在模拟人气道入口处，电路的其他部分接在模拟人外。当插入部没有进入气管，L完好，VT1和VT2组成电子开关，由于L的短接作用，三极管VT1的基极处于低电平，三极管VT1和VT2都处于截止状态，VT2的发射极无电流输出，LC179型三模拟声报警专用集成电路失电不工作，扬声器B无声，整个电路处于静止守候状态。当插入部进入气管，L被扯断，VT1因R1获得基极电压而导通，VT2也随之导通，LC179型三模拟声报警专用集成电路得电工作。此时，学员获知插入部已经进入气管。拿出插入部后换细漆包线，装置重新回到静止守候状态。

2、食道、贲门、胃体、胃角、胃窦、幽门和十二指肠七个关键部位的认知

以发光二极管鲜明的色彩分区呈现上消化道的七个关键部位，使学员可以更直观的了解上消化道的解剖结构，并为上消化道病变的诊断、鉴别诊断以及活检取材提供镜下定位依据。方法：在模拟人食道、贲门、胃体、胃角、胃窦、幽门和十二指肠七个关键部位都放接入FM08-02N型号接近开关和若干个特定颜色的发光二极管(例如食道为红色发光二极管)。当插入部前端的金属碰触某一接近开关，即摄像头采集到某一关键部位的图像时，接近开关所连接的发光二极管开始闪烁特定颜色，直到插入部全部离开该部位后二极管停止闪烁。

系统操作流程为：01进行系统登陆页面输入用户名和密码进入胃镜主界面，若输入信息错误会弹出错误框提示错误。管理员通过用户管理可以看到每个学生进入系统的次数、可以删除和增添学生用户。02在胃镜主界面上点击主按钮区的新病人按钮就可悬浮弹出对应患者信息输入页面，输入新患者信息(如病人ID、姓名、性别、年龄等信息)。这些信息之后将会出现在自动生成的诊断报告对应区域。03打开胃镜检测装置中的摄像头，点击胃镜主界面主按钮区的“拍照”按钮，在胃镜主界面的图像保存区中出现当前摄像头显示区域图像；点击胃镜主界面图像采集区胃镜解剖图像中食道等七个关键部位中任意一个后再点击“拍照”按钮时，图像保存区出现病灶图片数据库中指定位置预存的对应病灶图片。04选中图像保存区任意一张图片，再点击胃镜主界面主按钮区的“图像处理”按钮，就可悬浮弹出图像处理页面，页面中出现选中图片，可以对选中的图片进行图像放大或缩小、亮度增强或降低、反色、对比度等简单处理。处理完成并保存后的图片仍回到图像保存区。05根据图像保存区病灶图片，受训者可在胃镜主界面的学生诊断书写区模拟书写“检查所见”、“医生建议”等内容。所写内容将会出现在自动生成的诊断报告对应区域。06受训者书写结束点击“确认”按钮后在胃镜主界面的专家诊断栏中会出现预存的病灶专家诊断信息数据库中对应病灶的专家诊断，所有内容将全出现在自动生成的诊断报告对应区域，供受训者对比两者异同，培养受训者的诊断能力。07点击胃镜主界面主按钮区的“打印报告”按钮，可弹出已自动生成的对应患者的诊断报告。点击此界面中的“下载”按钮，报告可以WORD的形式下载到电脑桌面，供学生提交电子作业。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟胃镜检查与诊断系统，包括模拟人，其特征在于：该系统包括用户管理单元，信息采集单元、部位识别单元、数据库单元、控制单元、图像处理单元、报告生成单元和报警单元；所述信息采集单元通过胃镜检测装置采集模拟人上消化道信息；

所述部位识别单元根据信息采集单元采集的图像判定检测位置；

所述数据库单元存储病灶图片、病灶专家诊断信息、用户和病人信息；

所述图像处理单元用于对信息采集单元采集的图片进行处理；

所述报告生成单元用于生成专家诊断报告和学生诊断报告；

所述报警单元用于仿真胃镜插入操作失误时进行报警。

2.根据权利要求1所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述信息采集单元包括胃镜检测装置和上消化道信息采集单元。

3.根据权利要求2所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述上消化道信息采集单元包括分别安装在模拟人的食道、贲门、胃体、胃角、胃窦、幽门和十二指肠的七组发光二极管和接近开关，所述发光二极管和接近开关串联，所述发光二极管为七组不同颜色的发光二极管。

4.根据权利要求1所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述胃镜检测装置包括插入部，插入部先端设有摄像头和光源，插入部后端接有把持部，插入部侧面设有活检吸引通道、注气通道和注水通道，活检吸引通道、注气通道和注水通道两端分别与把持部和摄像头齐平，把持部设有USB接口。

5.根据权利要求4所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述光源为六个可调节亮度的LED灯，六个LED灯绕摄像头均匀分布。

6.根据权利要求4所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述胃镜检测装置还包括活检装置和吸引装置，活检装置包括活检吸引通道和通过活检吸引通道到达插入部的摄像头位置的医用活检钳，吸引装置为固定于把持部的活检吸引通道上医用吸痰器。

7.根据权利要求4所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述注气通道和注水通道把持部一端分别与注射器连接。

8.根据权利要求4所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述胃镜检测装置还包括弯曲部，弯曲部两侧分别设有用于使弯曲部弯曲的弯曲驱动单元。

9.根据权利要求4所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述插入部外表面设有用于记录插入距离的刻度尺。

10.根据权利要求1所述的虚拟胃镜检查与诊断系统，其特征在于：所述报警单元包括气道报警单元，气道报警单元的细漆包线L接在模拟人气道入口处，插入部没有进入气管，L完好，VT1和VT2组成电子开关，L短接，三极管VT1的基极处于低电平，三极管VT1和VT2都处于截止状态，VT2的发射极无电流输出，LC179型三模拟声报警电路失电不工作，扬声器B无声；当插入部进入气管，L被扯断，VT1因R1获得基极电压而导通，VT2也随之导通，LC179型三模拟声报警电路得电报警。