CN108564864A - 一种可视化分段诊刮术教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种可视化分段诊刮术教学系统，包括整体外壳、子宫模型、无线刮宫勺、双摄像头定位模块、数据信息处理器和显示器模块；所述无线刮宫勺伸入子宫模型中，模拟分段诊刮术的操作。本发明技术方案向教与学双方(包括医学生和临床医生)提供子宫模型内部操作的实时影像及刮宫器械的实时三维位置信息，使教师能够直观地向学生进行教授和指导，方便学生对比学习、体会操作技巧，同时提高教学和学习效率。
Description
技术领域
本发明涉及医学教学领域，尤其涉及一种可视化分段诊刮术教学系统。
背景技术
分段诊刮术是诊断宫腔疾病的重要操作之一，也是临床医学生必须掌握的一项重要的临床技能。在分段诊刮术的教学过程中，目前的教学工作主要依赖橡皮模具来完成。由于橡皮模具是不透明的，而刮宫器械又是伸进模具内腔的，模具内的刮宫器械顶端的操作对外是不可见的。这样带来的问题有：在教师教学过程中，难以直观地向学生展示模具内的操作技巧；学生早期练习时，也难以直观的把握刮宫操作的位置，无法得知自己的操作是否正确、力度是否合适；指导和考核时，教师更是只能通过学生的操作步骤和外露的部分刮宫器械对学生的操作进行猜测。因此，现有的分段诊刮术的教学设备和方法难以满足教学的需求，不利于学生的练习和掌握，给教学考核也带来了困难。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种可视化分段诊刮术教学系统，向教与学双方(包括医学生和临床医生)提供子宫模型内部操作的实时影像及刮宫器械的实时三维位置信息，使教师能够直观地向学生进行教授和指导，方便学生对比学习、体会操作技巧，同时提高教学和学习效率。
本发明提供的技术方案是：
一种可视化分段诊刮术教学系统，包括：整体外壳、子宫模型、无线刮宫勺、双摄像头定位模块、数据信息处理器和显示器模块；所述子宫模型、双摄像头定位模块均固定在整体外壳内部；所述无线刮宫勺伸入子宫模型中，模拟分段诊刮术的操作。
子宫模型是基于典型女性子宫的核磁共振或CT影像重建的3D数据结果制作的，且子宫模型为透明有弹性的；作为优选的，子宫模型的材质可以为水凝胶，水凝胶子宫模型的弹性、硬度可调。
无线刮宫勺的顶端有一颗贴片式发光二极管；无线刮宫勺的勺身贴有应变片，勺柄内安装6轴加速度传感器、无线蓝牙模块和纽扣电池；无线蓝牙模块用于将收集到的应变片和6轴加速度传感器信号传输给数据信息处理器，纽扣电池用于给所有无线刮宫勺上的设备供电；所有电气连接通过无线刮宫勺内的中空部分完成。
双摄像头定位模块由两个微距摄像头组成，两微距摄像头在与子宫模型成三角形位置进行固定，子宫模型在两微距摄像头的测量视场范围内；作为优选，两微距摄像头在与子宫模型构成一个等边三角形的位置分别进行固定；两微距摄像头实时采集视频信号，并传输给数据信息处理器和显示器模块。
数据信息处理器接收并处理无线刮宫勺上无线蓝牙模块的传输的数据以及双摄像头定位模块传输的视频信号。数据信息处理器处理双摄像头定位模块传输的视频信号的步骤为：
1)对视频信号中出现的无线刮宫勺上的发光二极管进行运动跟踪；
2)计算出无线刮宫勺上的发光二极管的实时三维位置；
对无线刮宫勺上的发光二极管进行运动跟踪的方法可以采用光流法；计算无线刮宫勺上的发光二极管的实时三维位置采用直接线性转换重建或RBF神经网络方法。
显示模块将双摄像头定位模块传输的视频信号显示出来；显示模块还将根据子宫模型渲染出的虚拟子宫场景显示出来，同时在上面标注出刮宫勺上发光二极管的实时三维位置。
作为优选，所述的整体外壳模拟典型女性外阴部和部分躯干设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种可视化分段诊刮术教学系统，向教与学双方(包括医学生和临床医生)提供子宫模型内部操作的实时影像及刮宫器械的实时三维位置信息。本发明具有以下优点：
(一)本发明能够实时显示刮宫勺前端的发光二极管的三维位置信息，教学者和学习者能够直观地体会子宫模型腔内的刮宫操作，方便教学指导，也能提高学习者的学习效率。
(二)本发明提供刮宫操作时子宫内部实时的操作影像，完全真实地反映子宫内部的操作画面，使学习者能更加清晰地了解操作的步骤和技巧，提高学习效果。
(三)本发明具有刮宫操作轨迹的记录功能，能够记录存储每次操作的轨迹数据，使学习者能够回顾性地学习正确的操作轨迹，实现刮宫操作教学的数据化、可重复化。
附图说明
图1为本发明提供的可视化分段诊刮术教学系统的整体结构图；
图1中，1-无线刮宫勺；2-子宫模型；3-双摄像头定位模块；4-数据信息处理器；5-显示器模块；6-整体外壳；
图2为本发明提供的可视化分段诊刮术教学系统的无线刮宫勺的结构图；
图2中，11-贴片式发光二极管；12-应变片；13-6轴加速度传感器；14-无线蓝牙模块；15-纽扣电池；
图3为本发明实施例中的数据信息处理器模块的结构框图；
图3中，41-标定模块；42-视频追踪模块；43-三维重建模块。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
本发明提供一种可视化分段诊刮术教学系统，向教与学双方(包括医学生和临床医生)提供子宫模型内部操作的实时影像及刮宫器械的实时三维位置信息。
本发明的可视化分段诊刮术教学系统包括：整体外壳、子宫模型、无线刮宫勺、双摄像头定位模块、数据信息处理器和显示器模块；所述子宫模型、双摄像头定位模块均固定在整体外壳内部；所述无线刮宫勺伸入子宫模型中，模拟分段诊刮术的操作。
参照图1，本发明提供的可视化分段诊刮术教学系统包括无线刮宫勺1，子宫模型2，双摄像头定位模块3，数据信息处理器4，显示器模块5和整体外壳6.
其中，整体外壳6位于整个装置的最外围，模拟典型女性外阴部和部分躯干设计，向整个装置提供支撑。子宫模型2固定于整体外壳6的内部中央，宫颈口朝向整体外壳6外阴部并于外阴道相连接。无线刮宫勺1通过外阴道伸入子宫模型2的内腔。子宫模型2是按照典型女性子宫的核磁共振或CT影像重建的3D数据结果制作的，子宫模型的材质可以为水凝胶。双摄像头定位模块3由两个微距摄像头组成，两微距摄像头在与子宫模型2构成一个三角形的位置分别进行固定，子宫模型2在两微距摄像头的测量视场范围内；两微距摄像头实时采集视频信号，并传输给数据信息处理器4和显示器模块5。数据信息处理器4固定在整体外壳6的外侧边，接收并处理无线刮宫勺1上无线蓝牙模块的传输的数据以及双摄像头定位模块3传输的视频信号。通过视频追踪捕捉到画面里的发光二极管的位置并通过直接线性转换的方法重建出发光二极管的实际空间的三维坐标。显示模块5单独固定在一侧，将双摄像头定位模块3传输的视频信号显示出来；同时还要显示出根据子宫模型渲染出的虚拟子宫场景，并将无线刮宫勺1上的发光二极管的实时三维位置标注在虚拟子宫场中。
如图2所示，无线刮宫勺1的顶端有一颗贴片式发光二极管11；无线刮宫勺的勺身贴有应变片12，勺柄内安装6轴加速度传感器13、无线蓝牙模块14和纽扣电池15；无线蓝牙模块14用于将收集到的应变片12和6轴加速度传感器13的信号传输给数据信息处理器4，纽扣电池15用于给所有无线刮宫勺上的设备供电；所有电气连接通过无线刮宫勺内的中空部分完成。
如图3所示，所述的数据信息处理器4包括标定模块41，视频追踪模块42和三维重建模块43。标定模块41采用网格定标法，用于对定位模块的双摄像头进行标定，确定摄像机的内参数和外参数，消除镜头畸变；视频追踪模块42接收来自双摄像头定位模块3传输来的视频信号，采用光流法的运动跟踪方法，捕捉视频信号里的发光二极管的二维位置；三维重建模块43根据标定模块41确定的内外参数，采用直接线性转换方法重建出双目视频里发光二极管的二维坐标对应的实际空间的三维位置。双摄像头定位模块3采集的视频信号及重建出来的发光二极管的三维位置信息交由显示器5进行显示。
需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种可视化分段诊刮术教学系统，其特征在于由以下模块组成：整体外壳、子宫模型、无线刮宫勺、双摄像头定位模块、数据信息处理器和显示器模块；所述无线刮宫勺伸入子宫模型中，模拟分段诊刮术的操作。
2.如权利要求1所述的子宫模型，其特征在于：子宫模型是基于典型女性子宫的核磁共振或CT影像重建的3D数据结果制作的，且子宫模型为透明有弹性的。
3.如权利要求1所述的无线刮宫勺，其特征在于：无线刮宫勺的顶端有一颗贴片式发光二极管；无线刮宫勺的勺身贴有测力传感器，勺柄内安装6轴加速度传感器、无线蓝牙模块和纽扣电池；测力传感器和6轴加速度传感器用于采集刮宫勺使用者操作时的力度和速度信号；无线蓝牙模块用于将收集到的测力传感器和6轴加速度传感器信号传输给数据信息处理器，纽扣电池用于给所有无线刮宫勺上的设备供电；所有电气连接通过无线刮宫勺内的中空部分完成。
4.如权利要求1所述的双摄像头定位模块，其特征在于：双摄像头定位模块由两个微距摄像头组成，两微距摄像头在与子宫模型成三角形位置进行固定，子宫模型在两微距摄像头的测量视场范围内；两微距摄像头实时采集视频信号，并传输给数据信息处理器和显示器模块。
5.如权利要求1所述的数据信息处理器，其特征在于数据信息处理器接收无线刮宫勺上无线蓝牙模块传输的数据以及双摄像头定位模块传输的视频信号；数据信息处理器对刮宫勺使用者操作时的力度和速度信号进行记录；数据信息处理器对双摄像头定位模块传输的视频信号进行实时处理。
6.如权利要求5所述的数据信息处理器，其特征在于：实时处理双摄像头定位模块传输的视频信号的步骤为：
1)对权利要求4中所述的视频信号中出现的无线刮宫勺上的发光二极管进行运动跟踪；
2)计算出无线刮宫勺上的发光二极管的实时三维位置。
7.如权利要求6所述的处理双摄像头定位模块传输的视频信号的步骤，其特征在于：对无线刮宫勺上的发光二极管进行运动跟踪的方法可以采用光流法；计算无线刮宫勺上的发光二极管的实时三维位置采用直接线性转换重建或RBF神经网络方法。
8.如权利要求1所述的显示器模块，其特征在于显示模块将双摄像头定位模块传输的视频信号显示出来；显示模块还将根据子宫模型渲染出的虚拟子宫场景显示出来，同时在上面标注出刮宫勺上发光二极管的实时三维位置。
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