CN110827644A - 超声诊断虚拟教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医学教育技术领域，它包括：仿真模拟病人、移动式超声诊断诊查床、推车式仿真超声诊断仪、仿真超声探头、其特征在于：所述高仿真模拟病人为一具仿真男性和女性模拟病人仿真皮肤（PF）层下均布设一个或多个向仿真探头（TT）传递信息的传感器（CG），按各种脏器表面投影分别打小孔（XK），用于标记点位输入不同的坐标值,以便进行初始化定位、定位凹槽（AC‑1、AC‑2），该凹槽底部设有用于检测校正探头位置的传感器（CG‑1、CG‑2），计算机的数据库储存大量的在病人身上采集的脏器切面超声图像（CST）仿真超声探头（TT）内设姿势方位和角度测量模块，扫查器官可显示与探头角度同步变化的图像，模拟血管高度仿真，显著提高超声诊断教学效果。

Description

超声诊断虚拟教学系统

技术领域

本发明属于医学教育设备技术领域，确切地说是一种超声诊断虚拟教学系统。

背景技术

在临床医学中，超声诊断属于无创检查方法，近年来深受人民群众和患者的欢迎，已经在我国城乡各级医疗单位推广使用。超声诊断一直是医学教育和临床工作的重点，也是执业医师考试、技能考核的重点和难点。然而，人体结构和活动脏器的运动非常复杂，对超声图像的分析诊断难度较大，现有的教学方法是理论教学辅以图片、光盘、课件，实践技能训练须去医院超声科在真病人身上进行，随着人们法律观念和自我保护意识的提高，往往拒绝新毕业的医生和学生们实习。因此，如何让受训者能够迅速掌握超声诊断技术是非常重要的。目前，国外已经研制出虚拟超声诊断仪，价格非常昂贵，每台设备高达人民币上百万元，只有极少数的医学院校购买1台，仅能用于示教，实际上无法完成对学员们的技能训练，因此至今这种虚拟超声教学设备未在我国普遍开展。近年来我国有四川大学华西医院开发出发明专利，专利号CN201210281103.0 “用于教学及临床技能培训的经食管心脏超声可视化仿真系统与方法”，但超声诊断培训的范围只限于经食道扫查进行心脏的超声检查，由于超声诊断培训的范围过于狭窄，只占超声诊断学教学大纲和教材要求的极少部分，远远不能满足超声诊断人才的技能训练和考核要求。二年前，有人研发出发明专利申请号201710741217.1“医用超声模拟系统及信息显示方法”，可以在人体模型上自由设置识别器官的位置并显示对应的图片和/或视频，根据需要模拟多种病例；然而模拟超声用探头扫查的图像不能伴随超声探头的位置、角度的变化，同步呈现与其切面解剖结构相一致的变化。然而无高仿真的超声诊断仪，仅用一台电脑，功能不够完备，不能利用模拟的超声诊断仪的操作键盘和部件进行多种超声诊断基本功训练和考核，无法冻结对图像进行距离、面积、周长的测量，模拟不够逼真，缺乏进行超声“实战”演练的氛围，由于该超声模拟系统仿真程度较差，不能完全满足超声诊断技能训练和考核的需要。因此，研发符合我国国情、功能完备、超声病例系统广泛、效果逼真、容易推广的超声诊断虚拟教学系统十分必要。

发明内容

本发明的目的是克服现有超声诊断模拟教学设备的不足，提供一种超声诊断虚拟教学系统，用高仿真模拟超声诊断仪的探头，在高仿真模拟病人身上，模拟真实的临床超声诊断仪的探头扫查操作，在显示屏上模拟显示出真实病人与探头扫查角度同步变化的真实的超声图像，从而提高模拟的真实感，超声技能训练诊断病例范围广泛，涵盖超声诊断学教学大纲及及教材的大部分内容，包括人体所有各大系统全部的器官，显著提高超声诊断技能培训和考核的教学效果。

该成果解决了超声诊断技术培训缺乏高仿真功能完备教学设备的难题，填补了我国超声诊断技能训练高仿真虚拟教学设备的空白，是国内独创的一种超声诊断虚拟教学系统。

一种超声诊断虚拟教学系统,它包括：仿真病人、推车式仿真超声诊断仪、仿真超声探头、移动式超声诊断诊查床、其特征在于:

所述仿真病人为一具仿真男性病人（A）和一具仿真女性病人（B），按着人体各大系统的脏器体表投影，在相应的部位分别设置直径2-3mm的小孔或彩色圆点作为标志位点（WD），用于标记输入不同的坐标值, 以便进行初始化定位；在识别位点（WD）之下均布设一个或较大脏器布设较大的激励传感器的金属片（CGP），详见超声扫查部位编号列表和附图；男性仿真病人布设的标志位点包括：左眼睛（1）、右眼睛（2）、甲状腺峡部（3）、甲状腺左叶-颈部血管（4）、甲状腺右叶-颈部血管（5）、左锁骨上窝淋巴结（6）、右锁骨上窝淋巴结（7）、胸骨旁三、四肋间（8）胸骨旁四腔（9）心脏剑下四腔-肝左叶（10）、心尖四腔（11）、右乳头（12）、肝、胆囊肋间斜切（13）、胆囊肋下斜切（14）、胰腺（15）、右上腹（16）、左上腹（17）、左中腹肠（18）、左输尿管（19）、右输尿管（20）、阑尾（21）、前列腺（22）、阴囊（23）、阴茎（24）、左疝气-左腹股沟淋巴结（25）、右腹股沟淋巴结（26）、左颌下腺（27）、左腮腺（28）、左颈部淋巴结（29）、左腋下淋巴结（30）、脾脏（31）、左肾（32）、右颌下腺（33）、右腮腺（34）、右颈部淋巴结（35）、右腋下淋巴结（36）、右肾（37）；

女性仿真病人布设的标志位点包括：左眼睛（1）、右眼睛（2）、甲状腺峡部（3）、甲状腺左叶-颈部血管（4）、甲状腺右叶-颈部血管（5）、左锁骨上窝淋巴结（6）、右锁骨上窝淋巴结（7）、胸骨旁三、四肋间（8）、胸骨旁四腔（9）、心脏剑下四腔-肝左叶（10）、心尖四腔（11）、乳腺（12）右乳头（13）、肝、胆囊肋间斜切（14）、胆囊肋下斜切（15）、胰腺（16）、右上腹（17）、左中腹（18）、胎儿（19）、左输尿管（120）、右输尿管（21）、阑尾（22）、子宫-卵巢（23）、疝气-腹股沟淋巴结（24）、右腹股沟（25）、左颌下腺（26）、左腮腺(27)、左颈部淋巴结(28)、左腋下淋巴结(29)、脾脏(30)、左肾(31)、右颌下腺(32)、右腮腺(33)、右颈部淋巴结(34)、右腋下淋巴结(35)、右肾(36)；在该模拟病人的右大腿和左大腿上方前部，分别以腹部凸阵探头（TT-1）和浅表线阵探头（TT-2）为模板，设置能插入两个校验超声探头（TT）的定位凹槽（AC-1、AC-2），凹槽底部埋设有用于检测校正探头位置的激励传感器的金属片（JS-1、JS-2）；所述推车式仿真超声诊断仪（D）是在设有脚轮（JL）的仪器机箱（JX）内设置计算机（PC）、并设置由运放器、单片机芯片构成的微电脑处理器（CLQ），该仪器控制器台面（TM）上设置连接计算机（PC）的彩色液晶显示屏（XSP）、计算机键盘（JP）、鼠标（SB）、超声探头（TT-1—TT-3）的放置架（JA）、耦合剂放置槽（CAO），并设置了仿真彩色超声诊断仪主要功能控制部件及按键，包括：电源开关键（K），深度增益补偿（BC）、二维显示（B）、M型超声（M）、彩色多普勒（CDFI）、脉冲多普勒（PW）、连续多普勒（CW）；测量键（CL）、轨迹球（QIU）、光标键（GB）、回放键（HF）、冻结键（DJ）、局部放大键（FD）、双幅键（B/B）、清除键（QC）、暂停键（ZT）、复位键（FW）、确认键（QR）；所述移动式超声诊断诊查床（C）设计为上、下两层，上层床面（C-1）和下层床面（C-2），下层床面（C-2）下方设置带刹车的脚轮（JL）；所述仿真超声探头（TT）包括扫查腹部常用的凸阵探头（TT-1），扫查浅表器官用的线阵探头（TT-2）、扫查心脏用的心脏探头（TT-3），各探头壳体（KT）的探头最前端设有柔性压力传感器（CGQ-1），在不同压力下输出不同的电阻值转换为电压，通过运放芯片TLC27L4放大处理后，经芯片ATMEGA16进行AD采集、再经该CPU串口上传至计算机（PC）；探头壳体内设置的姿态角度传感器（CGQ-2），将探头扫查的姿势即探头旋转轴和绕轴旋转角度、方位经现有技术的传感器数据融合算法，算出姿态即角度、方位数据，及柔性薄膜压力传感器采集力的变化数据经探头电缆线（D）通过机箱（JX）内的微电脑控制处理器（CLQ）的接口上传计算机（PC）进行分析处理；所述移动式超声诊断诊查床（C）设计为上、下两层，上层床面（C-1）和下层床面（C-2），下层床面（C-2）下方设置带刹车的脚轮（JL）；超声虚拟教学系统还包括以下步骤：

第一步，，所述计算机（PC）的数据库（SJK）中储存大量的从医院用彩色超声诊断仪，通过数据线将在病人身上采集的B型超声的脏器切面超声图像（BT）、M超声心动图（MT）、彩色多普勒超声心动图（CT）/器官血流图（XL）、多普勒血流频谱（PP）等二维图像及其真实超声探头扫查的压力、角度、方位姿势数据采集并贮存在计算机的数据库（SJK）中；

第二步，构建真实的超声各系统病例树状结构目录（ML），即计算机（PC）的数据库（SJK）中储存的大量超声动态图像按超声诊断学排列的人体各大系统采用树状目录编排；扫查部位列表编号方便使用者选择；

第三步，制作探头检测软件（JC）包括：位置扫查、扫查位置编号（WZH）、扫查位置识别（WSB）；教学软件模块包括：模拟教学操作”、“临床常见病诊断”、“超声视频回放”、”超声题库及判分”（KS）；

第四步，仿真超声探头（TT）在仿真模拟病人身上器官对应的皮肤表面扫查时，探头接触皮肤位点（WD）下的激励传感器的金属片（CGP）时，激励该探头模块中的柔性薄膜压力传感器（MK-1），将压力变化的数据信息通过运放芯片TLC27L4放大处理后，经芯片ATMEGA16进行AD采集、再经该CPU串口上传至计算机（PC）中；与此同时，仿真超声探头（TT-1/TT-2/TT-3）在人体进行扫查时姿态传感器模块（MK-2），在三维空间中能够测量载体的倾斜角度和方位角度数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出三维姿态数据即探头（TT）扫查的角度、方位数据经仿真探头（TT）的电缆（DL）再通过仿真彩色超声诊断仪（D）机箱（JX内的微电脑处理器接口传入计算机（PC）中；计算机（PC）将收到的仿真超声探头（TT）的压力及探头角度、方位信息进行分析 ，与临床采集储存在计算机数据库（SJK）内的真实超声探头的角度方位数据一对一比对，进行对应关系的关联匹配，并同步调出已储存在计算机数据库（SJK）与真实超声探头扫查时的角度方位相对应的超声图像进行分析处理，显示在彩色液晶显示屏（XSP）上。

本发明的优点和效果是：

可模拟临床各大系统多种器官常见病超声图像，采用仿真超声诊断仪、超声仿真探头在模拟病人的相关部位扫查即可在显示屏上重现真实的随探头角度同步的动态超声图像，犹如采用真实超声诊断仪给真病人进行超声检查，扫查效果高度仿真。操作仿真超声诊断仪台面上各种功能控制测量部件可对扫查的病例图像进行相关操作训练，并可进行超声自动技能的考核，自动判分，可满足超声诊断学技能训练及考核需要，显著提高超声诊断教学质量。因此，本发明是一种结构合理、功能完备、效果逼真的超声诊断学技能训练及考核教学设备。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明。

图1 为本发明的整体结构示意图。

图2 为本发明的高仿真人体模型器官点位及传感器金属片激励物分布示意图。

图3 为本发明的男性仿真病人扫查点位分布正视图。

图4 为本发明的男性仿真病人扫查点位分布左视图。

图5 为本发明的男性仿真病人扫查点位分布右视图。

图6 为本发明的男性仿真病人扫查点位及其激励传感器的金属片分布编号列表。

图7 为为本发明的女性仿真病人扫查点位分布正面图。

图8 为本发明的女性仿真病人扫查点位分布左面图。

图9 为本发明的女性仿真病人扫查点位分布右面图

图10 为本发明的女性仿真病人扫查点位及其激励传感器的金属片分布编号列表。

图11 为本发明的四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位示意图。

图12 为本发明的数学计算公式。

图13 为本发明的移动式超声诊查床外观结构示意图。

图14 为本发明的推车式仿真超声诊断仪台面结构示意图。

图15为本发明的仿真探头结构示意图。

图16 为本发明的虚拟超声动态超声图像构建流程图。

本发明的实施例中，模拟病人的皮肤用PVC软质塑料模具成型，皮下组织及肌肉用PU发泡制作，骨架用硬质PVC或复合材料模具成型制作，仿真超声诊断仪的机壳及其台面是造型仿照真实超声诊断仪用塑料材质制作、超声探头外壳仿照真品稍加改动制作，移动式超声诊查床用硬质塑料制作，计算机及其它各种电子零部件及配套产品市场有售。

本发明的重要环节之一是将制作各种实现虚拟超声功能相关软件的数据，储存在计算机的数据库中。软件制作分以下步骤进行：

第一步：从彩色超声诊断仪数据库中，在病人身上采集的临床常见疾病各切面超声图像、M超声心动图、彩色多普勒超声心动图、多普勒血流频谱曲线等视频资料数据，及其采集时仿真超声探头（TT）在人体进行各切面扫查时探头扫查的压力数据及探头转动角度、方位姿势的及其与图像之间的对应关系数据，通过超声探头数据线电缆（DL）……经传送给计算机（PC）并储存。

第二步根据超声诊断学教学要求，将上述存储的病例资料按超声诊断学教科书目录将人体各大系统采用树状目录（ML-1）编排，并同时将扫查部位列表编号后储存在计算机（PC）数据库（SJK）中；

第三步：制作环境控制软件，包括：资料目录（ML-2）、探头位置读取（TWZ）脏器位置读取（ZWZ ）扫查位置编号（WBH）、扫查位置识别（WSB）；模拟超声探查（TC）、超声视频回放（HF）、临床常见病例图像及诊断（BL）、超声鉴别诊断（JB）；超声试题体库 及判分；

第四步：制作超声检查技能训练软件包括：模拟超声探查（CST）、超声视频回放（SPF）、临床常见病例图像及诊断（BL）、超声鉴别诊断（JB）；超声试题体题库及判分；制作超声检查技能训练软件包括：模拟超声探查（CST）、超声视频回放（SPF）。

备齐各种零部件参照附图装配，将仿真凸阵探头（TT-1）、线阵探头（TT-2）、电子相阵控探头（TT-3）的电缆（DL）与“推车式模拟超声诊断仪（D）”正确连接。根据教学需要将仿真男性病人或仿真女性病人分别放置在分上、下两层的移动式超声诊断诊查床（C）的上层床面（C-1）和下层床面（C-2），经调试后即可使用，

用仿真超声探头扫描前先进行检测校正探头位置，其方法是：将探头有点状凸起端朝向模型右侧，即正向垂直放置于模型左、右两侧大腿前上部凹槽（AC-1/AC-2）中，

按下电源开关（K）开机，左键双击桌面“超声诊断虚拟教学系统”图标，进入系统。由于凹槽（AC-1/AC-2）底部埋设有传感器的金属激励物（CG-1、CG-2），会激励仿真超声探头（TT）的壳体（KT）内所设的压力传感器模块（MK-1）发出信号，姿态方位系统模块（MK-2）由于探头端正向垂直放置的姿态变化即姿态方位的数据，即通过现有技术传感器数据的算法最后得出角度、方位数据信号，经微电脑控制处理器（CLQ）处理传入计算机（PC）；传送至彩色液晶显示屏（XSP）的人体器官结构《正常男性超声模拟》界面三维图中使该图中的超声探头的扫查部位、角度、方位同步变化，运行程序时界面出现开机环境检测中的某项显示“检测失败，说明探头垂直或者水平偏差较大（允许误差X、Y轴均为+5度），彩色液晶显示屏显示用户登录检测界面 此时应对仿真超声探头稍作调整，直到显示：“检测通过，正在进入系统……”即可进行下一步操作。运行程序时出显示屏（XSP）画面显示探头垂直或者水平偏差较大（允许误差X、Y轴均为+5度）。 此时请根据提示角度稍调整探头位置，然后点击运动校的度数，正直到显示“正在进入系统，请稍后…”； 然后显示“超声诊断虚拟教学系统正在登录”，登录后显示“模拟超声教学、视频回放、临床常见病诊断、题库及判分”四大模块，默认初始界面为“模拟操作教学”中的“正常男性超声模拟”界面：

《模拟操作教学》为四个部分，即正常男性超声模拟、常见男性超声诊断模拟、正常女性超声模拟和常见女性超声诊断模拟，切换菜单如界面所示。教学界面分为四个部分：人体脏器图、当前位置视频、当前超声视频诊断描述、探头切换区。人体脏器图显示人体脏器分布位置，探头扫查时，在人体脏器图上显示操作位置及探头方向及角度；当前位置视频显示探头扫查位置的实时超声动态图像；当前超声视频诊断描述显示患者病例，当前视频症状描述；在探头切换区可根据扫查部位点击相应探头按钮更换所需探头，从上至下依次为腹部突阵探头、线阵浅表探头、电子相阵控心脏探头。操作深度调节补偿”（BC），可对图像清晰度进行调节，按下冻结按钮可对超声视频图像进行冻结，方便学生实时观察学习及采用图像测量相关按键及部件，取消冻结视频继续播放。

模拟操作教学功能让学习者通过模拟练习，掌握临床常用的标准操作手法，加深学习者对临床常见疾病声像图特点的认知。通过实践操作，增强学习者动手能力及学习能力，提高超声诊断及鉴别能

⑴正常男性超声模拟

系统登录后默认的初始界面即为正常男性超声模拟界面，正常男性超声模拟界面是对男模拟人进行正常脏器检查，显示三组信息：扫描位置及扫描方式、当前位置实时超声动态图像、当前超声动态图像的诊断描述。探头位置和角度详见附图的列表。点击模拟操作教学选项，在菜单中选择常见男性超声诊断模拟选项，进入常见男性超声诊断模拟界面，点击请选择病症下拉菜单，选择病例后进行超声扫描；常见男性超声诊断模拟界面是对男模拟人进行脏器常见病检查，显示三组信息：扫描位置及扫描方式、当前位置实时超声动态图像、当前超声动态图像的诊断描述。

(二)《超声视频回放》功能

点击超声视频回放，进入视频回放仿真界面，该界面包含已经采集好的超声视频典型动态图像，并对该视频图像内容进行适当诊断描述。点击界面的选择播放视频文件名称下拉框里的文件名称，可播放对应视频文件及显示相应超声诊断描述。必要时点击“暂停”、“清除”

该功能可方便学习者反复播放研究学习，加深记忆，对已学习过的超声图像诊断有更深刻的了解和掌握。

超声回放仿真界面

(三)《临床常见病诊断》功能

点击临床常见病诊断，进入常见病鉴别诊断界面，在常见病脏器选择中选择脏器，主病症选择中选择病例，可弹出与该病例相似的多个病症鉴别条，点击鉴别条右侧的方向三角号显示更多病症点击相关病症，可查看该病症的病例超声图像及超声图像诊断描述。

该项功能改进了学习过程中相似病症混淆不清、诊断错误的情况，同一界面多个病症查看更直观，更方便快捷，便于记忆，清楚的区分相似病症症状的不同，提高学习效率和准确率。

由于凹槽底部埋设有传感器的金属激励物（CG-1、CG-2），会激励仿真超声探头（TT）的壳体（KT）内所设的压力传感器（CGQ-1）发出信号，与次同时，姿态传感器（CGQ-2）由于探头端正向垂直放置的姿态变化即姿态方位的数据，即通过现有技术传感器数据的算法最后得出角度、方位数据信号，经微电脑控制处理器（CLQ）处理传入计算机（PC）；传送至彩色液晶显示屏（XSP）的人体器官结构《正常男性超声模拟》界面三维图中使该图中的超声探头的扫查部位、角度、方位同步变化，运行程序时界面出现开机环境检测中的某项显示“检测失败，说明探头垂直或者水平偏差较大（允许误差X、Y轴均为+5度），彩色液晶显示屏显示用户登录检测界面 此时应对仿真超声探头稍作调整，直到显示：“检测通过，正在进入系统……”即可进行下一步操作。系统登录后显示的界面分为“模拟教学操作”、“临床常见病诊断”、“超声视频回放”、“超声题库及判分”（KS）； 超声诊断虚拟教学系统登录后，初始界面可点击菜单《模拟操作教学》选项，在菜单中选择《正常男性超声模拟》（或正常女性超声模拟），弹出《正常男性超声模拟》（或正常女性超声模拟）界面，进行正常脏器检查，显示四组信息：扫描位置及扫描方式；当前位置实时超声动态图像；当前位置超声声像图片；当前超声动态图像的诊断描述。开始扫查后根据脏器的位点移动探头，可以显示对应脏器超声信息，即上述所述四组信息。目前设定脏器的每个对应位置及不同角度都有相应四组信息显示。《正常男性超声模拟》界面 点击菜单《模拟操作教学》选项，在下拉菜单中选择《男性（或女性）超声诊断模拟》选项，弹出《男性（或女性）超声诊断模拟》，点击“请选择病症”下拉菜单，选择病例；男性或女性《超声诊断模拟》界面是对男性/女性仿真模拟病人进行脏器常见病检查，显示四组信息：扫描位置及扫描方式、当前位置实时超声动态图像、当前位置超声声像图、当前超声动态图像的诊断描述。操作超声仿真探头（TT）在所选择病例的相应脏器体表投影的皮肤进行相关切面超声扫描，仿真病人共计36/37个扫查位点，每个位点下的FSR406柔性薄膜压力传感器在不同压力下输出不同的电阻值转换为电压；通过该皮肤位点下器官所设置方便识别的一个或较大器官较大的激励传感器的金属片（CGP），激励仿真探头（TT）的传感器，本申请的实施例仿真超声探头（TT）设置的柔性压力传感器（CGQ-1）本实施例的压力传感器采用型号 FSR406柔性薄膜压力传感器，采集静态/动态力的变化数据信息，压力直接作用在仿真超声探头（TT）最前端传感器的膜片上，使膜片产生与探头压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，在不同压力下输出不同的电阻值转换为电压通过仿真探头（TT）的电缆（DL）传递给微电脑处理器（CLQ），通过该处理器内置的运放单片机芯片TLC27L4放大处理后，经芯片ATMEGA16进行AD采集、再经该CPU串口上传至计算机；仿真超声探头（TT）内设置姿态传感器（CGQ-2），型号为JY901，该模块直接将姿态角度值通过串口上传计算机（PC）；由于压力值的不同，同一位置的图像对比度及分辨率会有相应的变化，计算机通过分析这些力的数据检测探头扫查的位置，也就是可以在应用程序端还原出最真实的探头运动位置。本实施例采用的9轴姿态角传感器（CGQ-2）具有三维运动姿态测量系统，经上述的传感器数据算法算出直接的探头姿态即角度、方位数据，在三维空间中能够测量载体的倾斜角度、方位姿势数据，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到三维姿态与方位等数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，分别为绕Z轴、Y轴、X轴的旋转角度，详见附图（11）；如果用泰特布思-安格斯（Tait-Bryan angles）探头旋转表示方法使用的是四元数和欧拉角，计算公式采用3D笛卡尔坐标系表示，分别为横摆、纵摇、横摇(Yaw、Pitch、Roll)计算方法可参照数据计算公式详见附图（12 ） ,实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据；通过仿真超声探头（TT）旋转轴和绕轴旋转的角度可以构造一个四元数；经上述的传感器数据算法算出直接的探头姿态即角度、方位数据，该探头产生角度、方位变化数据，实时同步传入计算机（PC）中，计算机（PC）根据该数据与机内储存的大量用真实彩色超声诊断仪采集的该种病例真实超声探头的压力、角度方位数据与储存的该病例图像之间建立确认一对一的对应关系进行关联匹配，发出指令，使超声仿真探头（TT）在计算机（PC）界面的三维仿真男性或女性仿真模拟病人脏器模型图上显示模拟仿真超声探头（TT）位置、角度，再由计算机（PC）对图像进行数据测量、分析，在彩色液晶显示屏（XSP）上，完全真实再现与探头角度、方位同步的动态超声图像，由操作者结合该病例的病情资料作出超声诊断，描述其超声图像特征，同时可从数据库（SJK）中可调出正确诊断及描述其超声图像特征资料进行比对。可在显示屏（XSP）显示所扫描部位相应的各切面与探头扫描角度方位同步变化的实时动态图像。本发明能模拟真实彩色超声诊断仪操作台的基本操作功能。可操作仿真超声诊断仪（D），按下二维超声键（B）在彩色液晶显示屏（XSP）上的树状目录中点击选择所需要病例名称根据该脏器小孔或彩色员点位点（WD）编号，用仿真超声探头（TT）扫查所需要的脏器对应的皮肤表面位点（WD），进行各种常规角度的扫描，即可调出随模拟超声探头扫描角度动态变化的同步动态切面超声的声像图，与该病例在采集时用真实彩色超声诊断仪超声探头，扫描角度动态变化的同步动态切面超声的声像图完全一致。从超声病例中选择心脏彩色多普勒超声心动图，按下“彩色多普勒”键”（CS）再脉冲多普勒”键/“连续多普勒”键选择心脏超声检查部位用心脏探头（TT-3）扫描心脏各扫描部位可调出相应切面的心脏彩色多普勒超声心动图，按下“连续多普勒血”键，点击菜单目录列表中的“”颈部血管血管,或富有血流的器官如心脏/肝脏/肾脏，按下“彩色多普勒（CDFI）”键及“连续多普勒血(CW)”键，用仿真超声探头（TT）在颈部血管、肝脏/肾脏扫查时可调出彩色多普勒血流频谱，同理选择按下 M超声心图根据教学需要选择点击M超声心动图（M）病例，可在彩色液晶显示屏（XSP）上调出与临床采集真实病例完全相同的M超声心动图，超声仿真探头在模拟病人的相关部位扫查即可在显示屏上重现真实的随探头角度同步的动态超声图像，犹如采用真实超声诊断仪给真病人进行超声检查，扫查效果高度仿真。为了加深对知识的记忆和理解，可操作“回放”键，对于上述超声视频进行回放。超声仿真超声诊断仪台面上各种功能控制测量部件及按键的具体结构、电路连接关系、工作原理、操作方法属于现有技术，固毋须赘述。操作功能控制测量部件及按键：操作冻结键（DJ）对超声图像进行冻结、必要时用局部放大键（FD）将图像放大，用测量键（CL）、轨迹球（QIU）、光标键（GB）、对测量图像的距离、周长、面积等。可根据需要操作清除键（QC）、暂停键（ZT）、复位键（FW）、确认键（QR）来实现相应的功能。模拟操作教学功能让学习者通过模拟练习，掌握临床常用的标准操作手法，加深学习者对临床常见疾病声像图特点的认知。通过实践操作，增强学习者动手能力及学习能力，提高超声诊断及鉴别能力。本发明还可进行超声技能的考核，利用超声题库及判分软件模块组成试券，在模拟人上进行探头扫查，界面显示图像，根据图像进行答题其他操作同超声综合测试。

超声操作题考试

超声操作题考试可以测试学生的实际操作能力，根据超声操作图像来诊断疾病。操作题考试分为学生端和教师端，学生端可以进行考试，教师端可以添加题库，编辑超声考试试卷，查看学生答题情况和得分。

在模拟人上进行探头扫查，界面显示图像，根据图像进行答题。其他操作同超声综合测试。

教师端：点击学习与测试，选择操作题试卷管理选项，进入界面。点击创建试卷按弹出添加操作题试卷对话框内下一图。可自定义试卷名称及时间，试卷分为单选题、多选题和主观题三种题型，出题模式分为人工选题和随机出题。试卷在考试未调用之前可重复编辑。

可自定义试卷名称及时间，试卷分为单选题、多选题和主观题三种题型，出题模式分为人工选题和随机出题；多选题考核成绩自动判分，主动题由教师判分,本发明可满足超声诊断学技能训练及考核需要，选择提高 教学效果，有利于加快培养超声诊断技术人才。

Claims (6)

1.一种超声诊断虚拟教学系统,它包括：仿真病人、推车式仿真超声诊断仪、仿真超声探头、移动式超声诊断诊查床、其特征在于:所述仿真病人为一具仿真男性病人（A）和一具仿真女性病人（B），按着人体各大系统的脏器体表投影，在相应的部位分别设置直径2-3mm的小孔或彩色圆点作为标志位点（WD），用于标记输入不同的坐标值, 以便进行初始化定位；在识别位点（WD）之下均布设一个或较大脏器布设较大的激励传感器的金属片（CGP），详见超声扫查部位编号列表和附图；男性仿真病人布设的标志位点包括：左眼睛（1）、右眼睛（2）、甲状腺峡部（3）、甲状腺左叶-颈部血管（4）、甲状腺右叶-颈部血管（5）、左锁骨上窝淋巴结（6）、右锁骨上窝淋巴结（7）、胸骨旁三、四肋间（8）胸骨旁四腔（9）心脏剑下四腔-肝左叶（10）、心尖四腔（11）、右乳头（12）、肝、胆囊肋间斜切（13）、胆囊肋下斜切（14）、胰腺（15）、右上腹（16）、左上腹（17）、左中腹肠（18）、左输尿管（19）、右输尿管（20）、阑尾（21）、前列腺（22）、阴囊（23）、阴茎（24）、左疝气-左腹股沟淋巴结（25）、右腹股沟淋巴结（26）、左颌下腺（27）、左腮腺（28）、左颈部淋巴结（29）、左腋下淋巴结（30）、脾脏（31）、左肾（32）、右颌下腺（33）、右腮腺（34）、右颈部淋巴结（35）、右腋下淋巴结（36）、右肾（37）；女性仿真病人布设的标志位点包括：左眼睛（1）、右眼睛（2）、甲状腺峡部（3）、甲状腺左叶-颈部血管（4）、甲状腺右叶-颈部血管（5）、左锁骨上窝淋巴结（6）、右锁骨上窝淋巴结（7）、胸骨旁三、四肋间（8）、胸骨旁四腔（9）、心脏剑下四腔-肝左叶（10）、心尖四腔（11）、乳腺（12）右乳头（13）、肝、胆囊肋间斜切（14）、胆囊肋下斜切（15）、胰腺（16）、右上腹（17）、左中腹（18）、胎儿（19）、左输尿管（120）、右输尿管（21）、阑尾（22）、子宫-卵巢（23）、疝气-腹股沟淋巴结（24）、右腹股沟（25）、左颌下腺（26）、左腮腺(27)、左颈部淋巴结(28)、左腋下淋巴结(29)、脾脏(30)、左肾(31)、右颌下腺(32)、右腮腺(33)、右颈部淋巴结(34)、右腋下淋巴结(35)、右肾(36)；在该模拟病人的右大腿和左大腿上方前部，分别以腹部凸阵探头（TT-1）和浅表线阵探头（TT-2）为模板，设置能插入两个校验超声探头（TT）的定位凹槽（AC-1、AC-2），凹槽底部埋设有用于检测校正探头位置的激励传感器的金属片（JS-1、JS-2）。

2.如权利要求1所述的一种超声诊断虚拟教学系统，其特征在于:所述推车式仿真超声诊断仪（D）是在设有脚轮（JL）的仪器机箱（JX）内设置计算机（PC）、并设置由运放器、单片机芯片构成的微电脑处理器（CLQ），该仪器控制器台面（TM）上设置连接计算机（PC）的彩色液晶显示屏（XSP）、计算机键盘（JP）、鼠标（SB）、超声探头（TT-1—TT-3）的放置架（JA）、耦合剂放置槽（CAO），并设置了仿真彩色超声诊断仪主要功能控制部件及按键，包括：电源开关键（K），深度增益补偿（BC）、二维显示（B）、M型超声（M）、彩色多普勒（CDFI）、脉冲多普勒（PW）、连续多普勒（CW）；测量键（CL）、轨迹球（QIU）、光标键（GB）、回放键（HF）、冻结键（DJ）、局部放大键（FD）、双幅键（B/B）、清除键（QC）、暂停键（ZT）、复位键（FW）、确认键（QR）。

3.如权利要求1所述的一种超声诊断虚拟教学系统，其特征在于:所述移动式超声诊断诊查床（C）设计为上、下两层，上层床面（C-1）和下层床面（C-2），下层床面（C-2）下方设置带刹车的脚轮（JL）。

4.如权利要求1所述的一种超声诊断虚拟教学系统，其特征在于:所述仿真超声探头（TT）包括扫查腹部常用的凸阵探头（TT-1），扫查浅表器官用的线阵探头（TT-2）、扫查心脏用的心脏探头（TT-3），各探头壳体（KT）的探头最前端设有柔性压力传感器（CGQ-1），在不同压力下输出不同的电阻值转换为电压，通过运放芯片TLC27L4放大处理后，经芯片ATMEGA16进行AD采集、再经该CPU串口上传至计算机（PC）；探头壳体内设置的姿态角度传感器（CGQ-2），将探头扫查的姿势即探头旋转轴和绕轴旋转角度、方位经现有技术的传感器数据融合算法，算出姿态即角度、方位数据，及柔性薄膜压力传感器采集力的变化数据经探头电缆线（D）通过机箱（JX）内的微电脑控制处理器（CLQ）的接口上传计算机（PC）进行分析处理。

5.如权利要求1所述的一种超声诊断虚拟教学系统，其特征在于:所述移动式超声诊断诊查床（C）设计为上、下两层，上层床面（C-1）和下层床面（C-2），下层床面（C-2）下方设置带刹车的脚轮（JL）。

6.如权利要求1所述的一种超声诊断虚拟教学系统，其特征在于:超声虚拟教学系统还包括以下步骤：

第一步，所述计算机（PC）的数据库（SJK）中储存大量的从医院用彩色超声诊断仪，通过数据线将在病人身上采集的B型超声的脏器切面超声图像（BT）、M超声心动图（MT）、彩色多普勒超声心动图（CT）/器官血流图（XL）、多普勒血流频谱（PP）等二维图像及其真实超声探头扫查的压力、角度、方位姿势数据采集并贮存在计算机的数据库（SJK）中；

第二步，构建真实的超声各系统病例树状结构目录（ML），即计算机（PC）的数据库（SJK）中储存的大量超声动态图像按超声诊断学排列的人体各大系统采用树状目录编排；扫查部位列表编号方便使用者选择；

第三步，制作探头检测软件（JC）包括：位置扫查、扫查位置编号、扫查位置识别；教学软件模块包括：模拟教学操作”、“临床常见病诊断”、“超声视频回放”、”超声题库及判分”（K；

第四步，仿真超声探头（TT）在仿真模拟病人身上器官对应的皮肤表面扫查时，探头接触皮肤位点（WD）下的激励传感器的金属片（CGP）时，激励该探头模块中的柔性薄膜压力传感器(CGQ-1），将压力变化的数据信息通过运放芯片TLC27L4放大处理后，经芯片ATMEGA16进行AD采集、再经该CPU串口上传至计算机（PC）中；与此同时，仿真超声探头（TT-1/TT-2/TT-3）在人体进行扫查时姿态传感器(CGQ-2），在三维空间中能够测量载体的倾斜角度和方位角度数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出三维姿态数据即探头（TT）扫查的角度、方位数据经仿真探头（TT）的电缆（DL）再通过仿真彩色超声诊断仪（D）机箱（JX内的微电脑处理器接口传入计算机（PC）中；计算机（PC）将收到的仿真超声探头（TT）的压力及探头角度、方位信息进行分析 ，与临床采集储存在计算机数据库（SJK）内的真实超声探头的角度方位数据一对一比对，进行对应关系的关联匹配，并同步调出已储存在计算机数据库（SJK）与真实超声探头扫查时的角度方位相对应的超声图像进行分析处理，显示在彩色液晶显示屏（XSP）上。

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