CN108986558B - 一种ct教学系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT原理教学演示系统，包括用于演示CT检测过程的CT教学模型、参数输入模块、控制模块、数据库模块，所述数据库模块预先存储CT扫描图像，所述参数输入模块、数据库模块分别与控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端输出控制信号至教学模型的驱动电机，用于启动CT教学模块演示检测过程；所述控制与显示模块连接，用于根据输入参数显示对应部位的CT图像。本发明的优点在于：通过在数据库中预设CT图像，在教学模型完成后根据输入参数匹配对应的CT图像，然后显示，做到原理演示以及扫描结果显示；可以让学生根据CT图像自己撰写诊断结果然后与存储在数据库中与CT图像对应的专家诊断意见对比，方便学生学习和查缺补漏。

Description

一种CT教学系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及教学仪器领域，特别涉及一种CT教学系统及其控制方法，具体的，涉及CT成像原理与检查技术要点展示硬件系统及其多学科融合的CT影像教学方法。

背景技术

CT成像的基本物理原理是利用X射线通过人体不同组织时其强度发生衰减的特性，其强度与X射线管的管电压与管电流及被检人体组织的密度、所含物质的原子序数、每克电子数等有关；CT基本图像重建算法原理是滤波反投影法，即对被检层面体素矩阵在同一焦平面上作0°、45°、90°、135°多角度扫描投影，再将扫描衰减投影后得到的X射线值反投影回原体素矩阵对应体素点上，通过计算机经过求和、减基数和化简后可求出X射线衰减值(其大小对应表示CT图像的灰度)与特定的体素一一对应，最终用CT图像上的不同空间位置的像素点的亮暗将人体被检层面的体素对应的人体不同组织显示出来，医生可以通过其所学生理、病理生理、断面解剖等基础医学和各类病患的临床医学知识结合上述CT医学成像原理及影像诊断技巧通过辨别CT图像上正常组织和患病部位图像的细微差异来给出诊断指导建议。

计算机断层成像(Computer Tomography CT)是医学教学中不可或缺的重要内容。在医学教育中有多门课程来讲述其成像原理、检查技术操作、影像诊断三个既相互独立又相互关联的过程。其内容涉及理、工、医等多专业领域知识，晦涩难懂，亟需一种实验教学模型能将上述CT成像原理、检查技术操作、影像诊断三个既相互独立又相互关联的过程直观展示。但CT设备价格昂贵，安装、操作环境要求高(需加特制铅板来防护X射线辐射)等原因导致医学院校根本不可能大批量购买CT设备作为实验设备供学生反复操作使用；而且更致命的是X射线为不可见光，也即真实的CT设备其实也无法帮助学生理解其原理，以及帮助教学利用。

申请号为2010205713888，名称为CT操作训练教学模型针对上述现实难点发明了的一种简单、方便、价廉可大量配置可供学生反复操作CT检查技术训练所用教学模型。但其仅部分解决了CT成像在医学教学中所设计检查技术相关的很少的一部分，更没有有关CT成像原理及CT影像诊断等CT教学重点内容，导致在医学教育实验教学中对医学生理解CT成像有关的影像原理并结合有关医学背景知识，形成适合自己的CT影像诊断思路的帮助有限而限制了其应用推广价值。为此，基于上述教学模型进行改进到一种既可直观展示CT成像的基本原理又可模仿其简单检查技术要点规范，同时帮助学生理解对应CT典型病例的影像诊断技巧的方法及对应装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种CT教学系统，用于对医学教学的演示，帮助教学以及学生对于CT的原理的学习。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种CT教学系统，包括用于演示CT检测过程的CT教学模型，所述CT模型用于CT原理展示及检查技术与仿真操作要点，还包括参数输入模块、控制模块、数据库模块，所述数据库模块预先存储CT扫描图像，预先存储的CT扫描图像为CT典型病例图像，所述参数输入模块、数据库模块分别与控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端输出控制信号至教学模型的驱动电机，用于启动CT教学模块演示检测过程；所述控制与显示模块连接，用于根据输入参数显示对应部位的CT典型病例图像。

所述数据库模块中还存储有与CT图像相对应的诊断结果数据。

所述参数输入模块通过无线发送模块、无线接收模块与控制模块连接，所述控制模块用于根据传来的参数数据控制显示模块、CT教学模型。

所述CT教学模型包括扫描座、扫描床，扫描座由转动圆环、扫描座驱动电机、发光二极管组构成，所述发光二极管组设置在转动圆环内环壁上；扫描床由扫描床架、扫描床板、扫描床驱动电机、移动滑轮和导轨构成；所述控制模块的控制信号用于分别控制扫描座驱动电机和扫描床驱动电机的运转。

所述发光二极管组分为7组，每组包括若干个发出相同颜色光的发光二极管。

所述输入模块为智能手机或PC，通过智能手机或PC输入控制参数。

所述控制模块设置通讯接口，通过通讯接口与多媒体教学系统连接。

教学系统的控制方法，包括如下步骤，

步骤1：病人信息录入，选择病人扫描部位及对应定位片扫描；

步骤2：确定扫描参数，然后根据扫描参数控制仿真模型工作，演示CT扫描原理及检查技术要点操作；

步骤3：扫描完成后抓取预先存储的与扫描部位相对应的CT典型病例图像，并进行显示；

步骤4：抓取CT典型病例图像对应的专家诊断报告，并进行显示。根据步骤3所显示图像，结合前述有关扫描参数及检查技术要点结合所学CT有关背景知识模拟写出对应CT图像的诊断报告并提交，系统自动抓取上述CT典型病例图像对应的专家诊断报告并显示，供学生反复阅读比较后逐步培养正确的CT诊断思路。

确定扫描参数包括窗宽、窗位选择，病变部位标定及大小测量与CT值的显示。

本发明的优点在于：通过在数据库中预设CT图像，在教学模型完成后根据输入参数匹配对应的CT图像，然后显示，做到原理演示以及扫描结果显示；可以让学生根据CT图像自己撰写诊断结果然后与存储在数据库中与CT图像对应的专家诊断意见对比，方便学生学习和查缺补漏；演示CT扫描的不同部位采用不同射线强度，通过带有不同颜色的光代替CT强度，一来视觉感强，可以作为演示原理的替代，而二来可以减少直接用辐射仪器对人体的伤害。通过控制CT模型，将成像原理、检查技术操作、影像诊断三个既相互独立又相互关联的过程全程直观展示、仿真操作、模拟诊断，学生在学习时根据操作学习查看成像原理以及技术操作，通过读取专家报告与自己根据CT典型病例图像做出的诊断报告进行对比，从而学习影响诊断，通过该系统可以有效将三者有效结果，提高教学效果。

本发明第一次实现能将CT影像教学有关的CT成像原理、检查技术操作、影像诊断三个既相互独立又相互关联的过程综合运用到一套价廉物美的仿真教学系统中；其通过显示系统的全真模拟操作APP，可全真模拟CT扫描序列参数及CT图像有关显示浏览参数设置和工作流程；并可在特定参数设置界面设置CT有关扫描序列参数时不仅可以对应控制本发明的硬件模型系统做CT成像原理展示及体位摆放等检查技术要点，同时可以从内附CT典型病例数据库中调取前述操作扫描序列所对应的CT图像并可做放大、缩小，测量等简单显示浏览图像处理；学生在前述操作的基础上结合自己所学CT成像有关知识模拟写出自己的CT影像诊断报告并和内附对应CT图片的专家诊断报告反复阅读比对，从而逐步形成自己的CT影像诊断思路。患病部位的不同多需对应不同的X射线强度(但均为不可见，学生很难直观感受)，本发明通过带有不同颜色的色光代替CT强度，一来视觉感强，可以直观演示CT原理，二来可以减少直接用X射线对实验学生人体的射线伤害。整个教学系统硬件模型外观、构型，组成均仿制真实的CT扫描设备，以期给学生最真实的CT扫描设备的真实感受。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明结构原理图；

图2为本发明中CT教学模型原理图。

上述图中的标记均为：1、扫描座；2、扫描床；3、转动圆环。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明是在现有技术：CT教学模型的基础上通过修改来实现CT教学演示系统，如图2所示，CT教学模型为仿真实CT仪器制作，扫描座1、扫描床2和控制电路组成。扫描座1由基座、支撑滑轮、转动圆环、扫描座驱动电机、点光源和模拟接收装置构成；转动圆环3通过支撑滑轮固定在基座上，点光源固定在转动圆环内侧的一点，模拟接收装置固定在转动圆环内侧与点光源相对的点，扫描座驱动电机安装在支架上，并使其正好能驱动转动圆环旋转。扫描床2由扫描床架、扫描床板、扫描床驱动电机、移动滑轮和导轨构成；导轨固定在扫描床架上，移动滑轮固定在扫描床板上，移动滑轮嵌入到导轨中能在导轨中自由滑动，扫描床驱动电机安装在扫描床架上并驱动扫描床板进退。

如图1所示，CT原理教学演示系统，包括用于演示CT检测过程的CT教学模型、参数输入模块、控制模块、数据库模块，数据库模块预先存储CT扫描图像，参数输入模块、数据库模块分别与控制模块的输入端连接，控制模块的输出端输出控制信号至教学模型的驱动电机，用于启动CT教学模块演示检测过程；控制与显示模块连接，用于根据输入参数显示对应部位的CT图像。

数据库中存储的CT扫描图像对应不同的人体检测部位的扫描图像，参数输入模块输入扫描部位等参数信息至控制模块，控制模块采用单片机实现，单片机根据输入的人体扫描部位从数据库中获取相对应CT图像，如输入的扫描部位为头部，则单片机从数据库中存储的头部CT图像中随机抓取头部对应的CT图像，然后将抓取的CT图像控制显示模块进行显示，同时在输入参数后，控制模块发出控制信号至CT教学模型中，控制教学模型工作，也就是控制驱动电机：扫描床驱动电机、扫描座驱动电机的工作以及控制发光二极管工作。从而完成CT扫描原理以及显示CT扫描后的CT图像信息。帮助学生在学习过程中直观的了解CT演示原理并能够根据输入扫描部位的参数在扫描完成后显示预先存储的对应部位的CT图像，用于学生学习。

根据扫描的CT图像，根据输入的病人信息，学生们可以根据自己的学习知识给出诊断报告，然后撰写；数据库中还存储有CT图像对应的专家诊断报告，可以通过参数输入模块控制显示专家诊断报告，学生们在学习时，可以将自己撰写的诊断报告与专家的诊断报告相对于，查找知识的阙漏点，及时找出差距，学习诊断技能，从而帮助老师在教学时，根据CT图像原理演示以及诊断报告的对比，更加直观快速的将CT原理以及诊断相关知识解释清楚，帮助学生学习理解。

参数输入模块通过无线发送模块、无线接收模块与控制模块连接，控制模块用于根据传来的参数数据控制显示模块、CT教学模型。参数输入模块输入的参数通过无线传输系统与控制模块进行通信连接，用于传递数据，减少系统的布线，方便可靠。无线发送模块、无线接收模块均为双向通信的无线收发器，可以包括蓝牙模块、射频模块、NFC等。

CT教学模型转动圆环上设置发光二极管用于模拟演示CT扫描时发出的射线信号，发光二极管个数为多个，每个发光二极管对应发出一种颜色灯光。这里在转动圆环上设置七种颜色的发光二极管，分别显示不同的颜色，根据输入参数中扫描部位的不同控制不同的颜色的发光二极管发光，这里通过不同的颜色来代表不同的射线强度，这里的原理为：不同身体部位所含人体器官及组织均有差异(即系统解剖学及局部断面解剖均有差异)，导致其对X射线的衰减吸收有对应差异，对应CT图像灰度有差异，所以真正的CT扫描我们需要根据患者的具体情况选择最佳的“管电压，管电流等扫描参数构成最合适的扫描计划”(比如头部疾病：含有对X射线吸收很大的颅骨…)和上腹部疾病(含有对X射线吸收相对小的肺部组织…)的扫描计划所对应的差异很大，X线球管发出的X射线强度差异也很大，对应发射不同能量的X射线保证既能使所拍CT图像的清晰度及灰度对比度均能满足疾病诊断的要求又要尽力减小X射线辐射对患者造成新的伤害，但X射线不可见，这个原理无法直观演示,因此采用不同颜色的灯光来表征不同的强度X射线以达到对于该原理的演示：当不同学生在录入新病人信息时如录入的扫描部位一个是颅脑部，另一个是上腹部，那么其后扫描床上扫描人的进动距离和方位及对应发光二极管均不同(颅脑部进动距离小于上腹部；颅脑部时是转子部分上的红色发光二极管发红光(代表对应特定能量强度的X射线)，上腹部时是转子部分上的黄色发光二极管发黄光(代表对应另一个特定能量强度的X射线)，从而将不可见的X射线能量强度转变为可见的七色彩光帮助学生直观理解其原理差异。

输入模块采用智能手机或PC来实现，通过智能手机输入控制参数、扫描参数等信息，然后通过无线方式发送至单片机中，由单片机控制显示模块显示扫描后的CT图像以及控制CT教学模型工作。采用手机作为参数输入模块时，通过手机的触摸屏输入参数，然后由手机CPU处理后经采用手机蓝牙的无线传输方式将数据传输出去，然后由控制模块相连接的蓝牙模块进行接收，从而实现手机输入参数以及无线传输的功能。

控制模块与通讯接口连接，通过通讯接口与多媒体教学系统连接。通讯接口可以为USB接口、SPI接口等用于数据传输的控制接口，在有教学需要时，可以将控制模块通过通讯接口连接多媒体教学系统的电脑端，然后由老师通过电脑与控制模块连接，用于发送控制指令至控制模块，以控制CT教学模型工作、参数输入、显示等操作。方便老师在教学时，通过多媒体教学系统来控制和显示整个CT工作原理。

教学系统的控制方法，包括如下步骤，

步骤1：病人信息录入，选择病人扫描部位及对应定位片扫描；

步骤2：确定扫描参数，然后根据扫描参数控制仿真模型工作，演示CT扫描原理及操作；

步骤3：扫描完成后抓取预先存储的与扫描部位相对应的CT典型病例图像，并进行显示；

步骤4：抓取CT典型病例图像对应的专家诊断报告，并进行显示。根据步骤3所显示图像，结合前述有关扫描参数及检查技术要点结合所学CT有关背景知识模拟写出对应CT图像的诊断报告并提交，系统自动抓取上述CT典型病例图像对应的专家诊断报告并显示，供学生反复阅读比较后逐步培养正确的CT诊断思路。

确定扫描参数包括窗宽、窗位选择，病变部位标定及大小测量与CT值的显示。

在手机或PC输入端设置人机交互界面来仿真医院CT检测界面，通过手机APP仿真实现该检测界面，首先通过界面输入新病人信息录入；选择扫描部位及对应定位片扫描，正式扫描参数选择及确定，开始扫描；所选CT检查部位对应典型病例CT图像抓取、显示浏览及简单标定；学生根据CT图像模拟诊断报告的撰写；然后对应专家诊断报告抓取及下载；学生根据自己撰写与专家报告的差别，找出差距及原因，从而完成一整套的CT诊断学习流程”。其中在CT教学模型开始扫描时，通过无线模块收发指令和本发明的硬件系统中的单片机系统取得联系来驱动扫描床进动对应距离和方位以确保其上的模拟扫描人的被选检查部位能正好处于扫描机架的中心位置，同时驱动对应特定颜色激光器(发光二极管)围绕被选检查部位中心焦平面上作0°、45°、90°、135°多角度扫描投影检查技术动作，系统硬件设备完成这些动作后再依序操作后面检查步骤(步骤3和步骤4)并最终完成所有实验操作。从而实现在一种实验教学模型能将CT成像原理、检查技术操作、影像诊断三个既相互独立又相互关联的过程直观展示。

在手机或PC端的操作流程包括：进入手机或PC的CT仿真操作主界面(主界面用以匹配市场CT机型)，按序操作“01新病人信息录入-02选择扫描部位及对应定位片扫描-03正式扫描参数选择及扫描计划(扫描计划包括前述病人的扫描部位有关的所有扫描参数设置的统称)确定，开始正式扫描(其中02-03步骤利用无线模块和仿真系统硬件单片机系统之间收发对应指令，使模拟装置扫描床及其上模拟人模型，扫描机架定子和转子，七色发光二极管发出对应色彩激光等CT检查技术动作)-04所选CT检查部位对应典型病例CT图像抓取、显示浏览及简单标定(简单标定是指肿瘤等患病部位的标定：范围大小，中心位置确定…)-05模拟诊断报告的撰写-06对应专家诊断报告抓取及下载-07对比05及06报告差别，找出差距及原因”。-----重点搭建CT图像显示浏览有关技术及原理(窗宽、窗位选择，病变部位标定及大小测量与CT值的显示……)，针对对应被检病症的生理病理变化选择最合适窗宽及窗位等CT影像诊断类实验项目。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，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，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种CT教学系统的演示控制方法，所述CT教学系统包括用于演示CT成像原理与检查技术要点的CT教学硬件模型，其特征在于：所述CT教学系统还包括参数输入模块、控制模块、数据库模块，所述数据库模块预先存储CT扫描图像，所述参数输入模块、数据库模块分别与控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端输出控制信号至CT教学硬件模型的驱动电机，用于控制CT教学硬件模型按扫描指令演示CT检查技术要点与成像原理；所述控制模块与显示模块连接，所述显示模块用于显示输入参数、根据输入参数显示对应部位的CT图像和或CT图像对应的专家诊断报告；

所述数据库模块中还存储有与CT图像相对应的诊断结果数据，所述诊断结果数据为专家诊断报告；

所述参数输入模块通过无线发送模块、无线接收模块与控制模块连接，所述控制模块用于根据传来的参数数据控制显示模块、CT教学硬件模型；

所述CT教学硬件模型包括扫描座、扫描床，扫描座由转动圆环、扫描座驱动电机、发光二极管组构成，所述发光二极管组设置在转动圆环内环壁上；扫描床由扫描床架、扫描床板、扫描床驱动电机、移动滑轮和导轨构成；所述控制模块的控制信号用于分别控制扫描座驱动电机和扫描床驱动电机的运转；

所述发光二极管组分为7组不同颜色的发光二极管，用于分别显示不同的颜色，每组包括若干个发出相同颜色光的发光二极管，根据输入参数中扫描部位的不同控制不同颜色的发光二极管发光，通过不同的颜色来代表不同的射线强度；

所述参数输入模块为智能手机或PC，通过智能手机或PC输入控制参数；

所述控制模块设置通讯接口，通过通讯接口与多媒体教学系统连接；

所述演示控制方法包括如下步骤：

步骤1：病人信息录入，选择病人扫描部位及对应定位片扫描；

步骤2：确定扫描参数，然后根据扫描参数控制CT教学硬件模型工作，演示CT扫描原理及检查技术要点操作；

步骤3：扫描完成后抓取预先存储的与扫描部位相对应的CT典型病例图像，并进行显示；

步骤4：根据步骤3所显示图像，结合所述扫描参数及检查技术要点结合所学CT有关背景知识模拟写出对应CT图像的诊断报告并提交，系统自动抓取所述CT典型病例图像对应的专家诊断报告并显示，供学生反复阅读比较后逐步培养正确的CT诊断思路；

确定扫描参数包括窗宽、窗位选择，病变部位标定及大小测量与CT值的显示；

参数输入模块采用智能手机或PC来实现，通过智能手机输入控制参数和扫描参数，然后通过无线方式发送至单片机中，由单片机控制显示模块显示扫描后的CT图像以及控制CT教学硬件模型工作；

在手机或PC输入端设置人机交互界面来仿真医院CT检测界面，通过手机APP仿真实现该检测界面，首先通过界面输入新病人信息录入；选择扫描部位及对应定位片扫描，正式扫描参数选择及确定，开始扫描；所选CT检查部位对应典型病例CT图像抓取、显示浏览及简单标定；学生根据CT图像模拟诊断报告的撰写；然后对应专家诊断报告抓取及下载；学生根据自己撰写与专家报告的差别，找出差距及原因，从而完成一整套的CT诊断学习流程；其中在CT教学硬件模型开始扫描时，通过无线模块收发指令和单片机取得联系来驱动扫描床进动对应距离和方位以确保其上的模拟扫描人的被选检查部位能正好处于扫描机架的中心位置，同时驱动对应发光二极管围绕被选检查部位中心焦平面上作0⁰、45⁰、90⁰、135⁰多角度扫描投影检查技术动作，完成所述多角度扫描投影检查技术动作后再依序操作步骤3和步骤4，并最终完成所有实验操作。