CN110838252A - 静脉采血智能训练方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种静脉采血智能训练方法及系统包括如下：登录、模块选择、检验选择、术前准备、用物选择、采血前准备、扎止血带、确认血管、消毒、穿刺、采血、按压拔针、术后处理、提交成绩，穿刺：提示进行穿刺，检测仿真采血针与模型胳膊上的进针角度，检测进针位是否在血管，检测进针深度，根据进针深度控制进行回血，若穿刺深度过深或过浅则进行提示并记录，若穿刺成功进入采血：提示连接采血管，开始采集血液标本，检测进针深度，检测穿刺位置的偏移移动，检测仿真采血管连入仿真采血针的针筒；上述静脉采血智能训练方法及系统通过提示、及时反馈引导操作者进行模拟静脉采血操作，对操作及时给与判断、评判，及时反馈给操作者，引导操作者进行操作。

Description

静脉采血智能训练方法及系统

技术领域

本发明涉及医学教学训练系统，特别涉及一种静脉采血智能训练方法及系统。

背景技术

静脉穿刺技术主要是用模型手臂进行穿刺操作，穿刺过程中有很多规范或细节不能够体现，如操作步骤反馈，医患交互，穿刺角度监测，穿刺深度，器械选择等。医生患者之间无交互，操作步骤无办法监控、记录，操作结果无法统计、反馈，操作过程无法感知等。传统模型教学，不会根据学生不同操作给予学生对应反馈；技能教学，必须在课堂上由老师教授，日常训练难以开展；传统方式的训练仅有技能的练习，缺乏临床思维的培养。

发明内容

基于此，有必要提供一种引导操作者进行静脉采血模拟操作以提高操作者静脉采血操作能力的静脉采血智能训练方法。

同时，提供一种引导操作者进行静脉采血模拟操作以提高操作者静脉采血操作能力的静脉采血智能训练系统。

一种静脉采血智能训练方法，包括如下步骤：

登录：接收身份验证信息进行验证登录；

模块选择：接收静脉采血模块选择指令进入场景：

检验选择：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令显示相应的检验单，接收到确定指令进入训练场景；

术前准备：提示进行洗手，检测是否按压洗手液，若检测到按压洗手液，控制显示进行洗手，洗手完成进入戴口罩、手套，提示进行戴口罩、手套，检测操作者是否戴口罩、手套，若检测口罩、手套已佩戴完成，则进入下一步，

用物选择：提示进行用物选择，接收用物选择指令，选择错误或选择过多或过少，给与提示，重新进行选择，若选择正确，接收确定指令进入下一步，

采血前准备：提示进行采血前准备，完成采血前准备进入下一步：

扎止血带、确认血管：提示进行扎止血带，检测在模型手臂上是否扎止血带，检测止血带位置是否正确，检测扎止血带的时长，若时长超过设定时间则提示，扎血带完成后提示进行确认血管，持续设定时间后跳转到下一步；

消毒：提示拿起棉签蘸取消毒液，检测棉签是否拿起，提示进行消毒，检测模型手臂的穿刺位置是否进行消毒，检测消毒位置、消毒轨迹，根据检测到的消毒轨迹判断消毒范围，判断是否有留白，是否达到预定消毒范围，并记录，消毒完成进入下一步；

穿刺：提示进行穿刺，检测仿真采血针与模型胳膊上的进针角度，检测进针位是否在血管，检测进针深度，根据进针深度、力反馈控制进行回血，若穿刺深度过深或过浅则进行提示并记录，若穿刺成功进入下一步；

采血：提示连接采血管，开始采集血液标本，检测进针深度，检测穿刺位置的偏移移动，检测仿真采血管是否连入仿真采血针的针筒，若出血，则提示松开止血带，检测模型手臂上的止血带是否已松开，检测松开止血带的时机，过早或过迟则错误提示并记录，若止血带已松开则控制停止计算扎止血带的时长，根据时间计算采集量，若达到采集量提示拔出采血管，进入摇匀，检测仿真采血管是否放入器械盘，并记录，持续设定时间后跳转到下一步；

按压拔针：血液标本采集完成后提示取棉签按压穿刺点后拔针，检测取棉签，检测拔针时是否进行按压，检测按压位置是否在穿刺点，若检测到已拔针、按压位置正确，检测是否嘱患者按压，并记录，若语音识别完成嘱患者按压播放患者点头动画，进入下一步；

术后处理：提示进行术后处理，持续设定时间后跳转到下一步；

提交成绩：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。

在优选的实施例中，所述采血前准备包括：

核对患者：动画显示患者递交申请单进行检查申请单，核对患者，检测语音询问患者信息，核对患者完成进入下一步；

打印检查凭证：提示打印检查凭证，若接收到确定打印凭证点击指令进入打印检查凭证，打印凭证完成进入下一步；

粘贴标签：提示粘贴标签，若接收到标签拖至对应采血管附近指令，则进行粘贴标签，标签粘贴完成进入下一步。

在优选的实施例中，所述核对患者时，控制患者面向操作位，检测操作者，控制患者视线随操作者移动而移动；

所述术前准备前还包括：用物状态检测：检测器械盘中的用物是否备齐，若缺失则提示并提示器械盘内缺少的物品，若物品齐备则跳转过，进入下一步。

在优选的实施例中，所述消毒还包括：记录消毒次数，检测是否达到预定消毒次数，检测每次消毒的位置及消毒轨迹，根据消毒轨迹检验消毒范围、消毒面积，判断是否达到预定消毒范围，若检测到完成消毒设定次数则进入下一步；

所述采血后还包括摇匀：检测仿真采血管的姿态变化以检测采血后是否摇匀。

在优选的实施例中，所述穿刺时通过仿真采血针的回缩量检测进针深度，采用双目识别检测仿真采血针的穿刺角度；所述采血时根据采血时间控制仿真采血管上的采血位置显示，判断是否达到预定采血量。

在优选的实施例中，所述双目识别检测仿真采血针的穿刺角度包括如下步骤：

关联：将特征靶贴在仿真采血针相应位置，关联仿真采血针与特征靶；

配置摄像头：配置一对摄像头，调整摄像头焦距，调整两摄像头之间的夹角和距离，以调整两摄像头视野重叠区域；

标定：摄像头获取标定参照物的图像，测定标定参照物上每一个特征点相对于世界坐标系的位置，将世界坐标系选为标定参照物的物体坐标系，确定标定参照物上特征点在图像上的投影位置，计算摄像头的内外参数；

校正：根据摄像头标定后获得的内参：焦距、成像原点、畸变参数和表现双目相对位置关系的外参：旋转矩阵和平移矩阵，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；

捕捉器械：通过抓拍捕捉特征靶从而捕捉仿真采血针；

立体匹配：根据映射关系进行立体匹配并对畸变进行纠正，实时计算特征靶的三维空间位置从而计算仿真采血针的空间位置，计算仿真采血针的穿刺角度。

在优选的实施例中，所述仿真采血管根据不同容量位置设置有用于模拟显示采血量的多排或多个采血指示装置，所述采血过程中，若检验项目需接多个采血管，检测不同试管接入，根据不同试管检测不同采血量，根据不同采血量提示是否采血完成，检测仿真采血针回缩量从而检测进针量，检测穿刺位置是否有偏差移动，若偏差移动大于设定范围则错误提示，连入仿真采血管根据采血时间控制显示采血量；同时控制手持终端显示倾斜采血管，血液流入，速度与仿真采血管的采血指示装置指示量一致，若检测到达到采集量，检测是否及时拔出采血管，并记录。

一种静脉采血智能训练系统，包括：主控设备、与所述主控设备通信的器械控制装置、与所述器械控制装置连接的器械盘、装设在所述器械盘中的用物、与所述主控设置通信连接的器械控制设备、模型手臂、与所述主控设备通信进行显示装置、与所述主控设备连接并接受操作指令的手持终端、与所述主控设备通信并捕捉操作者操作的摄像头；所述器械盘上相应器械位上设置有器械感应器，所述器械包括：仿真器械、仿真洗手液、棉签、手套、口罩，所述仿真器械包括：与所述器械控制设备通信连接的仿真采血针、与所述器械控制设备通信连接的仿真采血管，仿真采血管中根据不同容量位置设置有多个或多排采血指示装置；所述仿真采血管上设置有感应其进入仿真采血针的采血感应器；

所述主控设备包括：

登录模块：接收身份验证信息进行验证登录；

模块选择模块：接收静脉采血模块选择指令进入场景，显示装置显示采血场景：

检验选择模块：显示装置显示采血场景，手持终端显示检验项目目标或列表，提示选择检验项目，若手持终端接收到检验项目点击指令显示相应的检验单，接收到确定指令进入训练；

用物状态检测模块：检测器械盘中的用物是否备齐，若缺失则提示并提示器械盘内缺少的物品，若物品齐备则跳转过，连接到下一个模块；

术前准备模块：提示进行洗手，检测是否按压洗手液，若检测到按压洗手液，控制手持终端显示进行洗手，洗手完成进入戴口罩、手套，提示进行戴口罩、手套，检测操作者是否戴口罩、手套，若检测到口罩、手套佩戴好，则连接到下一个模块；

用物选择模块：提示进行用物选择，接收用物选择指令，选择错误或选择过多或过少，给与提示，重新进行选择，若选择正确，接收确定指令连接到下一个模块；

采血前准备模块：提示进行采血前准备，采血完成连接到下一个模块：

扎止血带/确认血管模块：提示进行扎止血带，检测是否在模型手臂上是否扎止血带，检测止血带位置是否正确，检测扎止血带的时长，若时长超过设定时间则提示，扎血带完成后提示进行确认血管，持续设定时间后连接到下一个模块；

消毒模块：提示拿起棉签蘸取消毒液，检测棉签是否拿起，提示进行消毒，检测模型手臂的穿刺位置是否进行消毒，检测消毒位置、消毒轨迹，根据检测到的消毒轨迹判断消毒范围，判断是否有留白，是否达到预定消毒范围，并记录，消毒完成后连接到下一个模块；

穿刺模块：提示进行穿刺，控制显示装置显示患者头偏向一侧，检测仿真采血针与模型胳膊上的进针角度，检测进针位是否在血管，检测进针深度，根据进针深度、力反馈控制进行回血，若穿刺深度过深或过浅则进行提示并记录，若穿刺成功连接到下一个模块；

采血模块：提示连接采血管，开始采集血液标本，检测进针深度，检测穿刺位置的偏移移动，检测仿真采血管是否连入仿真采血针的针筒，若出血，则提示松开止血带，控制显示装置显示患者头部转向操作位，检测模型手臂上的止血带是否已松开，检测松开止血带的时机，过早或过迟则错误提示并记录，若止血带已松开则控制停止计算扎止血带的时长，根据时间计算采集量，若达到采集量提示拔出采血管，进入摇匀，检测仿真采血管是否放入器械盘，并记录，持续设定后连接到下一个模块；

按压拔针模块：血液标本采集完成后提示取棉签按压穿刺点后拔针，检测取棉签，检测拔针时是否进行按压，检测按压位置是否在穿刺点，检测是否嘱患者按压，接收到语音进行识别，若识别成功，控制显示装置显示患者点头，并记录，连接到下一个模块；

术后处理模块：提示进行术后处理，持续设定时间后连接到下一个模块；

提交成绩模块：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。

在优选的实施例中，所述采血前准备模块包括：

核对患者单元：显示装置显示患者递交检验申请单，控制手持终端显示检验申请单，进入核对患者，检测语音询问患者信息，控制患者面向操作位，检测操作者，控制显示装置显示患者视线随操作者移动而移动，核对患者完成连接到下一个单元；

打印检查凭证单元：提示打印检查凭证，若接收到确定打印凭证点击指令进入打印检查凭证，打印凭证完成连接到下一个单元；

粘贴标签单元：提示粘贴标签，若接收到标签拖至对应采血管附近指令，则进行粘贴标签，粘贴标签完成连接到扎止血带/确认血管模块。

在优选的实施例中，还包括：与所述主控设备通信连接的双目摄像头，所述仿真采血针为设有回缩针的仿真真空采血针；所述穿刺模块通过仿真采血针的回缩量检测进针深度，所述穿刺模块采用双目识别检测仿真采血针的穿刺角度；所述采血模块根据采血时间控制仿真采血管上的采血位置显示，判断是否达到预定采血量；

所述双目识别检测仿真采血针的穿刺角度包括如下：

关联单元：将特征靶贴在仿真采血针相应位置，关联仿真采血针与特征靶；

配置摄像头单元：配置一对摄像头，调整摄像头焦距，调整两摄像头之间的夹角和距离，以调整两摄像头视野重叠区域；

标定单元：摄像头获取标定参照物的图像，测定标定参照物上每一个特征点相对于世界坐标系的位置，将世界坐标系选为标定参照物的物体坐标系，确定标定参照物上特征点在图像上的投影位置，计算摄像头的内外参数；

校正单元：根据摄像头标定后获得的内参：焦距、成像原点、畸变参数和表现双目相对位置关系的外参：旋转矩阵和平移矩阵，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；

捕捉器械单元：通过抓拍捕捉特征靶从而捕捉仿真采血针；

立体匹配单元：根据映射关系进行立体匹配并对畸变进行纠正，实时计算特征靶的三维空间位置从而计算仿真采血针的空间位置，计算仿真采血针的穿刺角度。

上述的静脉采血智能训练方法及系统，通过提示、及时反馈引导操作者进行模拟静脉采血操作，且对操作及时给与判断、评判，及时反馈给操作者，引导操作者进行操作，及时给与指导，根据实际静脉采血的操作过程设计训练方法流程，设计穿刺前沟通进行患者信息核对进行语音交互等步骤，通过设置双目摄像头进行目标捕捉，采集穿刺角度信息，同时通过摄像头进行图像捕捉，采集图像信息，对操作者操作进行图像捕捉，及时采集操作者操作对操作并及时进行反馈，并在器械盘、仿真器械合适位置设置感应器、感应装置对操作者的操作过程及时进行反馈，及时进行管理，同时按实际操作设计流程步骤，增加模拟训练的真实感，培养临床思维，提高操作者静脉采血操作能力。

附图说明

图1为本发明一实施例的静脉采血智能训练方法的流程示意图；

图2为本发明一优选实施例的双目标定定位方法的标定过程投影变换的示意图；

图3为本发明一优选实施例的双目标定校正前双摄像头校正示意图；

图4为本发明一优选实施例的双目标定校正后双摄像头示意图；

图5为本发明一实施例的脉采血智能训练系统的功能框图示意图；

图6为本发明一实施例的器械盘的部分分解结构示意图；

图7为本发明一实施例的器械盘另一方向的部分分解结构示意图；

图8为本发明一实施例的器械盘再一方向的部分分解结构示意图；

图9为本发明一实施例的器械盘又一方向的部分分解结构示意图；

图10为本发明一实施例的器械盘再又一方向的部分分解结构示意图；

图11为本发明一实施例的回缩式力反馈组件分解结构示意图；

图12为本发明一实施例的回缩式力反馈组件的回缩式力反馈方法的中根据不同人群进行高斯拟合的受力与穿刺深度的拟合曲线；

图13为本发明一实施例的仿真采血管结构示意图；

图14为本发明一实施例的仿真采血管部分分解结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例的静脉采血智能训练方法，包括如下步骤：

步骤S101，登录：接收身份验证信息进行验证登录；

身份验证可以采用人脸识别认证，开机状态下，红外检测到有人坐下，开启人脸识别，识别成功则登录系统；识别失败则再次进行识别，或提示采用其他登录方式进行登录；

身份验证也可以采用账户密码进行登录，若账户密码验证成功则登录系统，验证失败则提示错误，重新进行输入。

也可采用扫码登录，登录手持终端如手机APP，扫描平板中的二维码进行登录。

本实施例，优选的，采用在显示器上显示场景、画面、患者；在手持终端如平板上显示操作界面。

步骤S103，模块选择：接收静脉采血模块选择指令进入场景；

操作者点击静脉采血模块进入静脉采血场景，显示采血大厅、护士站场景。

步骤S105，检验选择：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令显示相应的检验单，接收到确定指令进入训练场景；

显示不同检验项目标签或列表，点击选择不同检验项目切换不同检验项目，点击展开具体的检验项目，点击确定按钮，进入训练场景，显示采血大厅图片。

步骤S107，用物状态检测：检测器械盘中的用物是否备齐，若缺失则提示并提示器械盘内缺少的物品；

器械盘每个器械位设置有器械检测装置，检测器械位是否放置器械，器械盘内用物是否齐备，器械盘的器械位盘标注有放置相应器械的提示。如果器械盘内缺少物品进行提示，补充物品后再开始训练，若检测到物品齐备，跳过该步骤。

步骤S109，术前准备：提示进行洗手，检测是否按压洗手液，若检测到按压洗手液，控制显示进行洗手；提示进行戴口罩、手套，检测操作者是否戴口罩、手套；

提示术前准备，按七步洗手法进行洗手，检测到按压洗手液，手持终端如平板显示七步洗手教学内容。提示进行戴口罩和手套，采用图像识别检测操作者是否戴口罩、手套，若检测到口罩、手套已佩戴好进入下一步。

步骤S111，用物选择：提示进行用物选择，接收用物选择指令，选择错误或选择过多或过少，给与提示，重新进行选择，若选择正确，接收确定指令进入下一步；

检测完成戴口罩、手套进入用物选择。提示选择器械盘中的用物，每个器械位上设置有选择按钮，按下相应器械位的按钮选择相应的器械，选择完成后点击手持终端如平板上的确定按钮，检测选择的器械是否正确，若检测到选择器械错误或选择过多或选择过少进行错误提示，重新进行选择；选择正确则进入下一步。

步骤S113，采血前准备：提示进行采血前准备，根据提示进行采血前准备，完成采血前准备进入下一步。

步骤S115，扎止血带、确认血管：提示进行扎止血带，检测是否在模型手臂上是否扎止血带，检测止血带位置是否正确，检测扎止血带的时长，若时长超过设定时间则提示，扎血带完成后提示进行确认血管，持续设定时间后进入下一步；

提示进行扎止血带，在穿刺点上方6cm处扎止血带，扎带时长不超过预设时间如1分钟，持续进行检测扎带时长，直至解开止血带，若超过预定时间如1分钟则进行提示。检测是否扎止血带，检测扎止血带位置是否在设定的正确范围内。扎止血带完成后进入确认血管，手持终端如平板上显示解剖图，静脉名称。

步骤S117，消毒：提示拿起棉签蘸取消毒液，检测棉签是否拿起，提示进行消毒，检测模型手臂的穿刺位置是否进行消毒，检测消毒位置、消毒轨迹，根据检测到的消毒轨迹判断消毒范围，判断是否有留白，是否达到预定消毒范围，并记录，完成消毒进入下一步；

消毒还包括：记录消毒次数，检测是否达到预定消毒次数，检测每次消毒的位置及消毒轨迹，根据消毒轨迹检验消毒范围、消毒面积，判断是否达到预定消毒范围。消毒根据检测消毒轨迹判断消毒是否以穿刺点为中心环形消毒，并判断消毒范围是否达到预定消毒范围，并检测消毒次数，若未达到预定消毒次数则错误提示；完成消毒设定次数进入下一步。

提示进行消毒，消毒两次，以穿刺点为中心，环形消毒，消毒范围直径为约5cm，不要返回无菌区，不要留白。操作者拿起棉签，蘸取仿真消毒液，在模型手臂的穿刺位置进行环形消毒，检测是否拿起棉签，检测是否进行消毒，检测消毒轨迹、消毒面积，检测消毒次数。

检测消毒时，跟踪棉签上的靶向物，跟踪靶向物的轨迹，找到靶向物在图像中的位置，进行图像匹配，跟踪消毒痕迹，计算消毒面积。提示消毒完成，等待消毒液体完全自然挥发，否则会影响血样结果或导致微生物污染。

步骤S119，穿刺：提示进行穿刺，检测仿真采血针与模型胳膊的进针角度，检测进针位是否在血管，检测进针深度，根据进针深度控制进行回血，若穿刺深度过深或过浅则进行提示并记录，若穿刺成功进入采血；

提示进行穿刺，操作者拿起仿真采血针在模型手臂的消毒处穿刺静脉血管，穿刺成功后回血，采用双目识别检测穿刺针与模型手臂皮肤的角度即进针角度，检测进度角度是否在设定范围内如15-30度，检测进针位置是否在血管，检测进针深度，根据进针深度模拟真实的进针深度控制模拟刺破血管进行回血，当回血后不需要再进针，若继续进针提示进针过深。穿刺时控制显示患者头转向一侧如左侧。

进针角度即穿刺针与穿刺点所在的平面的角度。或穿刺针与放置模型手臂所在的桌面所在的水平面所成的角度。本实施例的仿真采血针采用仿真真空采血针。

步骤S121，采血：提示连接采血管，开始采集血液标本，检测进针深度，检测穿刺位置的偏移移动，检测仿真采血管是否连入仿真采血针的针筒，若出血，则提示松开止血带，检测模型手臂上的止血带是否已松开，检测松开止血带的时机，过早或过迟则错误提示并记录，若止血带已松开则控制停止计算扎止血带的时长，根据时间计算采集量，若达到采集量提示拔出采血管，进入摇匀，检测仿真采血管是否放入器械盘，并记录，持续设定时间后进入下一步；

仿真采血管根据不同容量位置设置有多排或多个采血LED采血指示装置，用于模拟显示采血量。

穿刺成功后，提示连入采血管，开始采集血液标本，拿起器械盘的仿真采血管插入采血针筒内，检测不同试管接入，检测仿真采血针回缩量从而检测进针量，检测穿刺位置是否有偏差移动，若偏差移动大于设定范围则错误提示，连入仿真采血管根据采血时间控制显示采血量。手持终端显示倾斜采血管，血液流入，速度与仿真采血管的采血指示装置指示量一致。持续检测扎止血带的时间若超过设定时间则提示，血液已流出，提示松开止血带，检测模型手臂上的止血带是否已松开，并检测松止血带时间，检测是否超过设定时间，控制患者转向操作者，看着操作部位。若检测到达到采集量，提示拔出采血管，检测是否及时拔出采血管。若需采集多管，则进入连入采血管进行采血。采血完成后，将采血管放置试管架。

步骤S123，按压拔针：血液标本采集完成后提示取棉签按压穿刺点后拔针，检测取棉签，检测拔针时是否进行按压，检测按压位置是否在穿刺点，检测到已拔针、棉签按压进入嘱患者按压，检测是否嘱患者按压，并记录，识别到嘱患者按压，播放患者点头动画，进入下一步；

提示进行按压拔针，取棉签按压穿刺点，然后拔出采血针，检测按压位置是否在穿刺点，拔针时是否按压。

步骤S125，术后处理：提示进行术后处理，持续设定时间进入下一步；

提示进行整理用物、脱手套、再次核对解释、洗手、记录等。

再次核对解释：操作者通过语音与患者对话，进行语音识别，完成后，场景中的患者消失或离开。

步骤S127，提交成绩：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。

进一步，本实施例的静脉采血智能训练方法于术后处理后还包括标本送检：接收送检指令进行送检。

进一步，本实施例的步骤S113，采血前准备包括：核对患者、打印检查凭证、粘贴标签。

核对患者：患者递交申请单进行检查申请单，核对患者，检测语音询问患者信息；播放动画，患者向靠近操作位方向走近，坐下，将检验申请单递交。

进一步，核对患者：控制患者面向操作位，检测操作者，控制患者视线随操作者移动而移动。

显示器播放动画，患者走近，面向操作位坐下，递交检验申请单，手持终端显示申请单内容。提示核对患者姓名，操作者语音交互，询问患者，若检测到操作者语音信息，进行识别，识别成功后，患者根据操作者语音回答是的或回答姓名，患者面向操作位，视线焦点随操作者移动而移动。完成后进入打印检测凭证。

打印检查凭证：提示打印检查凭证，若接收到确定打印凭证点击指令进入打印检查凭证，完成打印检查凭证进入下一步；

提示进行打印检查凭证，点击确定打印条形码，播放打印条形码音频和动态出纸画面，一张作为标签进针粘贴，另一张作为检查凭证进行核对。根据检验项目打印不同的标签。

粘贴标签：提示粘贴标签，若接收到标签拖至对应采血管附近指令，则进行粘贴标签。

语音提示请粘贴标签，根据检验项目不同粘贴不同的标签至不同的试管上，并检验是否粘贴正确，若粘贴错误则错误提示。若粘贴正确进入扎止血带、确认血管步骤。

进一步，穿刺时通过仿真采血针的回缩量检测进针深度。采血时根据采血时间控制仿真采血管上的采血位置显示，判断是否达到预定采血量。

进一步，采血后还包括摇匀：检测仿真采血管的姿态变化以检测采血后是否摇匀。

进一步，穿刺时采用双目识别检测仿真采血针的穿刺角度。

双目识别检测仿真采血针的穿刺角度包括如下步骤：

关联：将特征靶贴在仿真采血针相应位置，关联仿真采血针与特征靶；

配置摄像头：配置一对双目摄像头，调整摄像头焦距，调整两摄像头之间的夹角和距离，以调整两摄像头视野重叠区域；

标定：摄像头获取标定参照物的图像，测定标定参照物上每一个特征点相对于世界坐标系的位置，将世界坐标系选为标定参照物的物体坐标系，确定标定参照物上特征点在图像上的投影位置，计算摄像头的内外参数；

校正：根据摄像头标定后获得的内参：焦距、成像原点、畸变参数和表现双目相对位置关系的外参：旋转矩阵和平移矩阵，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；

捕捉器械：通过抓拍捕捉特征靶从而捕捉仿真采血针；

立体匹配：根据映射关系进行立体匹配并对畸变进行纠正，实时计算特征靶的三维空间位置从而计算仿真采血针的空间位置，计算仿真采血针的穿刺角度。

进一步，标定：将获取的标定参照物图像的特征点从世界坐标系转为摄像机坐标系，确定摄像机的外参，确定摄像机在三维空间中的位置和朝向，再从摄像机坐标系转为成像平面坐标系，确定摄像机内参，投影矩阵P＝K[R|t]，其中R为相摄像机外参中的摄像机的旋转矩阵，t为摄像机外参中的摄像机的平移矩阵，K为摄像机的内参。

通过标定获取左右相机的内外参数，之后通过标定对左右两幅图像进行立体校准和对齐，最后确定两个相机的相对位置关系，即中心距d。

标定摄像头后通常是做两件事：一个是由于每个镜头的畸变程度各不相同，通过摄像头标定可以校正这种镜头畸变矫正畸变，生成矫正后的图像；另一个是根据获得的图像重构三维场景。

摄像机标定过程，简单的可以描述为通过标定板，可以得到n个对应的世界坐标三维点X_i和对应的图像坐标二维点x_i，这些三维点到二维点的转换都可以通过相机内参K，相机外参R和t，以及畸变参数D，经过一系列的矩阵变换得到。

计算目标点在左右两个视图上形成的视差，首先要把该点在左右视图上两个对应的像点匹配起来。然而，在二维空间上匹配对应点是非常耗时的，为了减少匹配搜索范围，利用极线约束使得对应点的匹配由二维搜索降为一维搜索。

校正：是根据摄像头标定后获得的内参的焦距、成像原点、畸变参数和双目相对位置关系的旋转矩阵和平移矩阵，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致、两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；即使得左右两幅图像的对极线在同一水平线线上，这样左右图像中任意一点与其在另一幅图像上的匹配点就必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜素就可以匹配到对应点。

立体匹配：通过映射关系进行立体匹配并对畸变进行纠正，实时计算特征靶的三维空间位置从而计算器械的空间位置。

本实施例的左、右摄像头或左右图像为相对左右位置，不限定为左右位置，仅便于说明。

如图2所示，进一步，本实施例的步骤S107，标定步骤中：将摄像机坐标系中坐标为(X,Y,Z)的Q点被光线投影到图像平面上的q(x,y,f)点，图像平面与光轴z轴垂直，投影中心距离为f即相机的焦距，x/f＝X/Z，y/f＝Y/Z，即x＝fX/Z，y＝fY/Z，

将坐标为(X,Y,Z)的Q点映射到投影平面上坐标为(x,y)的q点作投影变换，q＝M×Q，其中

得出透视投影变换矩阵为：

M称为摄像机的内参数矩阵，f为摄像机或相机的焦距，单位均为物理尺寸。

进一步，本实施例的步骤S107，标定步骤还包括：步骤S108转换：以成像平面的左下角或左上角为原点建立像素坐标系，以像素为单位，设每个像素的物理尺寸大小为dx×dy(mm)，图像平面上某点在成像平面坐标系中的坐标为(x,y)，在像素坐标系中的坐标为(u,v)，则：u＝(x/dx)+u₀，v＝(y/dy)+v₀，

用齐次坐标与矩阵形式表示为：

将等式两边都乘以点Q(X,Y,Z)坐标中的Z可得：

将摄像机坐标系中的(1)式代入(3)式可得：

则右边第一个矩阵和第二个矩阵的乘积亦为摄像机的内参数矩阵,单位为像素，相乘后可得：

此内参数矩阵中f/dx、f/dy、c_x/dx+u₀、c_y/dy+v₀的单位均为像素，令内参数矩阵为K，则(5)式可写成：

u₀、v₀为图像中心，dx为相机或摄像机单个感光单元芯片的长度，dy为相机或摄像机单个感光单元芯片的宽度，c_x为相机或摄像机感光芯片的中心点在x方向上存在的偏移，c_y为相机或摄像机感光芯片的中心点在y方向上存在的偏移。

如图3及图4所示，为校正前及校正后的双摄像头立体校正图示。

进一步，本实施例的校正步骤包括：

分别将左右两个图像的从像素坐标系通过共同的内参矩阵转换到摄像机坐标系；

分别对两个摄像机坐标系进行旋转得到新的摄像机坐标系，左乘旋转矩阵R_r、R_l；

针对新的摄像机坐标分别进行左、右摄像机的去畸变操作；

分别用左、右摄像机的内参矩阵将左、右两个摄像机坐标系重新转换到左、右图像像素坐标系；

分别用左、右源图像的像素值对新左、右图像的像素点进行插值；

其中，R_r为左摄像机经过标定得到的相对标定物的旋转矩阵，R_l为右摄像机经过标定得到的相对标定物的旋转矩阵。

两个摄像机或相机共同的内参矩阵：

f_x＝f/dx，f_y＝f/dy分别为x轴、y轴的归一化焦距，

为左相机或摄像机在x轴上的归一化焦距，

f₁为左相机或摄像机的焦距，dx₁为左相机或摄像机单个感光单元芯片的长度，dy₁为左相机或摄像机单个感光单元芯片的宽度，

为右相机或摄像机在x轴上的归一化焦距，

f₂为右相机或摄像机的焦距，dx₂为左相机或摄像机单个感光单元芯片的长度，dy₂为右相机或摄像机单个感光单元芯片的宽度，

c_x1为左相机或摄像机感光芯片的中心点在x方向上存在的偏移，c_y1为左相机或摄像机感光芯片的中心点在y方向上存在的偏移，c_x2为右相机或摄像机感光芯片的中心点在x方向上存在的偏移，c_y2为右相机或摄像机感光芯片的中心点在y方向上存在的偏移。

两摄像头之间的旋转矩阵和平移矩阵可以由下式求出：

R＝R_r(R_l)T

T＝T_r-RT_l

其中，R为两摄像头间的旋转矩阵，T为两摄像头间的平移矩阵。R_r为右摄像头经过标定得到的相对标定物的旋转矩阵，T_r为右摄像头通过标定得到的相对标定物的平移向量。R_l为左摄像头经过标定得到的相对相同标定物的旋转矩阵，T_l为左摄像头经过标定得到的相对相同标定物的平移向量。

双目校正把消除畸变后的两幅图像严格地行对应，使得两幅图像的对极线恰好在同一水平线上，这样一幅图像上任意一点与其在另一幅图像上的对应点就必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜索即可匹配到对应点。

进一步，本实施例的去畸变操作包括：

校正径向畸变：通过泰勒级数展开式进行校正：

X_corrected径＝x(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)

y_corrected径＝y(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)；

校正切向畸变：

x_corrected切＝x+[2p₁y+p₂(r²+2x²)]

y_corrected切＝y+[2p₂x+p₁(r²+2y²)]

(x,y)是畸变点在成像仪上的原始位置，r为该点距离成像仪中心的距离，k₁、k₂、k₃、p₁、p₂为畸变参数。

上述5个畸变参数：k₁、k₂、k₃、p₁、p₂通过3个角点构成的6组方程就可以求解。

做双目平行校正时，是已经通过相机标定获取了左、右相机的内参矩阵和畸变参数，以及左、右相机达到平行时各需要的旋转矩阵，另外，已知左右两个相机拍摄出来的两幅图片。

世界坐标系(X_w,Y_w,Z_w)：其是目标物体位置的参考系。除了无穷远，世界坐标可以根据运算方便与否自由放置。在双目视觉中世界坐标系主要有三个用途：1、标定时确定标定物的位置；2、作为双目视觉的系统参考系，给出两个摄像机相对世界坐标系的关系，从而求出相机之间的相对关系；3、作为重建得到三维坐标的容器，盛放重建后的物体的三维坐标。世界坐标系是将看见中物体纳入运算的第一站。

摄像机坐标系(X_c,Y_c,Z_c)：其是摄像机站在自己角度上衡量的物体的坐标系。摄像机坐标系的原点在摄像机的光心上，z轴与摄像机光轴平行。它是与拍摄物体发生联系的桥头堡，世界坐标系下的物体需先经历刚体变化转到摄像机坐标系，然后在和图像坐标系发生关系。它是图像坐标与世界坐标之间发生关系的纽带，沟通了世界上最远的距离。

图像坐标系(x,y)/(u,v):其是以摄像机拍摄的二维照片为基准建立的坐标系。用于指定物体在照片中的位置。可以将(x,y)称为连续图像坐标或空间图像坐标，将(u,v)称为离散图像坐标系或者是像素图像坐标系。

(x,y)坐标系的原点位于摄像机光轴与成像平面的焦点O’(u₀,v₀)上，单位为长度单位(米)。(u,v)坐标系的原点在图片的左上角，单位为数量单位(个)。(x,y)主要用于表征物体从摄像机坐标系向图像坐标系的透视投影关系。而(u,v)则是实实在在的，我们能从摄像机中得到的真实信息。

(x,y)与(u,v)存在如下转换关系：

dx代表x轴方向一个像素的宽度，dy代表y轴方向上一个像素的宽度。dx、dy为摄像机的内参数。(u₀,v₀)称为图像平面的主点，也是摄像机的内参数。其实相当于对x轴和y轴的离散化。其可以运用齐次坐标，将上式写成矩阵形式，如下：

进一步，本实施例的仿真医疗器械的双目标定定位方法还包括：

抗干扰：通过正态分布找到q最佳值，利用方差，搜索设定的N次值求平均方差，若当前值的方差大于平均方差则舍掉。本实施例中可以将N设置为10次，但不限定于10次。

本实施例的抗干扰策略还包括：滤波算法。如可采用线性滤波、高斯滤波、中值滤波、双边滤波、均值滤波、Laplacian operator、Sobel operator等。

线性滤波:图像处理最基本的方法，它可以允许我们对图像进行处理，产生很多不同的效果。首先，有一个二维的滤波器矩阵(又叫卷积核)和一个要处理的二维图像。然后，对于图像的每一个像素点，计算它的邻域像素和滤波器矩阵的对应元素的乘积，然后加起来，作为该像素位置的值，完成滤波过程。

中值滤波(median filter)：中值滤波用测试像素周围邻域像素集中的中值代替原像素。中值滤波去除椒盐噪声和斑块噪声时，效果非常明显。

双边滤波(bilateral filter)：双边滤波在平滑图像时能够很好的保留边缘特性，但是其运算速度比较慢。Sobel operator：Sobel算子通过计算水平和垂直方向上的一节差分来进行计算。

均值滤波：对一副图像上的某个点进行中值滤波处理，先将掩模内欲求的像素及其邻域的像素值排序，确定出中值，然后将这个中值赋值给该像素。

高斯滤波(Gaussian filter)：高斯滤波为最常用的滤波器，具有可分离性质，可以把二维高斯运算转换为一维高斯运算，其本质上为一个低通滤波器。

Laplacian operator：Laplacian算子通过计算二阶差分(微分)来进行计算。

Sobel operator：Sobel算子通过计算水平和垂直方向上的一节差分来进行计算。

进一步，本实施例的静脉采血智能训练方法于术前准备前还包括：模式选择。模式选择还包括：若接收教学模式指令，进入教学模式。进入教学模式：登录、模块选择、检验选择、用物状态检测、术前准备、用物选择、采血前准备、扎止血带确认血管、消毒、穿刺、采血、按压拔针、术后处理、提交成绩。并提供主动语音纠错、知识点提醒。教学模式下，每一步操作都设置有详细的操作提示及错误说明，能够大步骤的跳转，并且能对单个步骤进行反复指导。

若接收考试模式指令，进入考试模式；考试模式无任何提醒，并在后台记录操作情况，并在操作结束后给出评分和错误点，并根据病例指出具体的错误。考试模式下没有操作提示，记录操作者的错误操作。该模式下必须严格按照流程进行操作，若发生严重错误则考试结束，成绩不合格。成绩录入系统、存档。

如图5至图10及图11、图13、图14所示，本发明一实施例的静脉采血智能训练系统100，包括：主控设备20、与主控设备20通信连接的器械控制装置60、与器械控制装置60连接的器械盘62、装设在器械盘62中的用物、模型手臂、与所述主控设备通信进行显示装置76、与主控设备20通信连接并接受操作指令的手持终端90、与主控设备通信连接的双目摄像头72、与主控设备通信并捕捉操作者操作的摄像头74。用物包括：仿真器械、仿真洗手液、棉签、手套、口罩等。仿真器械包括：与器械控制设备通信连接的仿真采血针40、与器械控制设备通信连接的仿真采血管50，仿真采血管50根据不同容量位置设置有多个或多排采血指示装置；仿真采血管50上设置有感应其进入仿真采血针40的采血感应器。器械盘62上相应器械位上设置有器械感应器。器械位旁设置的选择按钮64。本实施例的器械盘62设置在器械控制装置60上面。器械控制装置60包括：外壳42、及设置在壳体中控制器件、传感器件、回缩式力反馈组件80等。回缩式力反馈组件80与仿真采血针40连接，模拟穿刺时力反馈状态。

主控设备20包括：登录模块202、模块选择模块204、检验选择模块206、用物状态检测模块208、术前准备模块210、用物选择模块212、采血前准备模块214、扎止血带/确认血管模块216、消毒模块218、穿刺模块220、采血模块222、按压拔针模块224、术后处理模块226、提交成绩模块228。

登录模块202：接收身份验证信息进行验证登录。

模块选择模块204：接收静脉采血模块选择指令进入场景，显示装置显示采血场景。

检验选择模块206：显示装置显示采血场景，手持终端显示检验项目目标或列表，提示选择检验项目，若手持终端接收到检验项目点击指令显示相应的检验单，接收到确定指令进入训练。

用物状态检测模块208：检测器械盘中的用物是否备齐，若缺失则提示并提示器械盘内缺少的物品，若物品齐备则跳过，连接到下一个模块。

术前准备模块210：提示进行洗手，检测是否按压洗手液，若检测到按压洗手液，控制手持终端显示进行洗手，洗手完成进入戴口罩、手套，提示进行戴口罩、手套，检测操作者是否戴口罩、手套，检测到口罩、手套佩戴好，连接到下一个模块。洗手液33上设置有检测是否按压的按压检测装置。

用物选择模块212：提示进行用物选择，接收用物选择指令，选择错误或选择过多或过少，给与提示，重新进行选择，若选择正确，接收确定指令连接到采血前准备模块。

用物选择模块212采用器械位旁设置的选择按钮进行用物选择，选择手持终端如平板上的完成按钮，系统判断所选用物是否正确，选择的物品是否过多或过少，选择错误或选择过多或过少，给与提示，重新进行选择；若选择正确，接收确定指令进入到采血前准备模块。

采血前准备模块214：提示进行采血前准备，完成采血前准备连接到下一个模块。

扎止血带/确认血管模块216：提示进行扎止血带，检测是否在模型手臂上是否扎止血带，检测止血带位置是否正确，检测扎止血带的时长，若时长超过设定时间则提示，扎血带完成后提示进行确认血管，持续设定时间后连接到下一个模块。

消毒模块218：提示拿起棉签蘸取消毒液，检测棉签是否拿起，提示进行消毒，检测模型手臂的穿刺位置是否进行消毒，检测消毒位置、消毒轨迹，根据检测到的消毒轨迹判断消毒范围，判断是否有留白，是否达到预定消毒范围，并记录，消毒完成后连接到下一个模块。

穿刺模块220：提示进行穿刺，控制显示装置显示患者头偏向一侧，检测仿真采血针与模型胳膊上的进针角度，检测进针位是否在血管，检测进针深度，根据进针深度控制进行回血，若穿刺深度过深或过浅则进行提示并记录，若穿刺成功连接到采血模块。

采血模块222：提示连接采血管，开始采集血液标本，检测进针深度，检测穿刺位置的偏移移动，检测仿真采血管是否连入仿真采血针的针筒，若出血，则提示松开止血带，控制显示装置显示患者头部转向操作位，检测模型手臂上的止血带是否已松开，检测松开止血带的时机，过早或过迟则错误提示并记录，若止血带已松开则控制停止计算扎止血带的时长，根据时间计算采集量，若达到采集量提示拔出采血管，进入摇匀，检测仿真采血管是否放入器械盘，并记录，持续设定时间后连接到下一个模块。

按压拔针模块224：血液标本采集完成后提示取棉签按压穿刺点后拔针，检测取棉签，检测拔针时是否进行按压，检测按压位置是否在穿刺点，检测是否嘱患者按压，接收到语音进行识别，若识别成功，控制显示装置显示患者点头，并记录，连接到下一个模块。

术后处理模块226：提示进行术后处理，持续设定时间后连接到下一个模块。

提交成绩模块228：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。

进一步，本实施例的采血前准备模块包括：核对患者单元、打印检查凭证单元、粘贴标签单元。

核对患者单元：显示装置显示患者递交检验申请单，控制手持中单显示检验申请单，核对患者，检测语音询问患者信息，控制患者面向操作位，检测操作者，控制显示装置显示患者视线随操作者移动而移动。

进一步，核对患者单元：患者递交申请单进行检查申请单，核对患者，检测语音询问患者信息，控制患者面向操作位，检测操作者，控制患者视线随操作者移动而移动。显示器播放动画，患者走近，面向操作位坐下，递交检验申请单，手持终端显示申请单内容。提示核对患者姓名，操作者语音交互，询问患者，若检测到操作者语音信息，进行识别，识别成功后，患者根据操作者语音回答是的或回答姓名，患者面向操作位，视线焦点随操作者移动而移动。完成后进入打印检测凭证。

打印检查凭证单元：提示打印检查凭证，若接收到确定打印凭证点击指令进入打印检查凭证，完成打印检测凭证连接到下一个单元。

粘贴标签单元：提示粘贴标签，若接收到标签拖至对应采血管附近指令，则进行粘贴标签，完成标签粘贴连接到扎止血带/确认血管模块216。

消毒模块还包括：记录消毒次数，检测是否达到预定消毒次数，检测每次消毒的位置及消毒轨迹，根据消毒轨迹检验消毒范围、消毒面积，判断是否达到预定消毒范围。

进一步，本实施例的仿真采血管根据不同容量位置设置有用于模拟显示采血量的多排或多个采血LED采血指示装置。进一步，本实施例的仿真采血针为设有回缩针的仿真真空采血针。

采血过程中，若检验项目需接多个采血管，检测不同试管接入，根据不同试管检测不同采血量，根据不同采血量提示是否采血完成，检测仿真采血针回缩量从而检测进针量，检测穿刺位置是否有偏差移动，若偏差移动大于设定范围则错误提示，连入仿真采血管根据采血时间控制显示采血量；同时控制手持终端显示倾斜采血管，血液流入，速度与仿真采血管的采血指示装置指示量一致，若检测到达到采集量，检测是否及时拔出采血管，并记录。

穿刺模块通过仿真采血针的回缩量检测进针深度。穿刺模块采用双目识别检测仿真采血针的穿刺角度。采血模块根据采血时间控制仿真采血管上的采血位置显示，判断是否达到预定采血量。

进一步，采血模块还包括摇匀单元：检测仿真采血管的姿态变化以检测采血后是否摇匀。

进一步，本实施例的双目识别检测仿真采血针的穿刺角度包括如下：

关联单元：将特征靶贴在仿真采血针相应位置，关联仿真采血针与特征靶；

配置摄像头单元：配置一对双目摄像头，调整摄像头焦距，调整两摄像头之间的夹角和距离，以调整两摄像头视野重叠区域；

标定单元：摄像头获取标定参照物的图像，测定标定参照物上每一个特征点相对于世界坐标系的位置，将世界坐标系选为标定参照物的物体坐标系，确定标定参照物上特征点在图像上的投影位置，计算摄像头的内外参数；

校正单元：根据摄像头标定后获得的内参：焦距、成像原点、畸变参数和表现双目相对位置关系的外参：旋转矩阵和平移矩阵，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；

捕捉器械单元：通过抓拍捕捉特征靶从而捕捉仿真采血针；

立体匹配单元：根据映射关系进行立体匹配并对畸变进行纠正，实时计算特征靶的三维空间位置从而计算仿真采血针的空间位置，计算仿真采血针的穿刺角度。

术后处理模块中术后处理包括提示进行整理用物、脱手套、再次核对解释、洗手、记录等。

再次核对解释：操作者通过语音与患者对话，进行语音识别，完成后，场景中的患者消失或离开。

提交成绩模块：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。

核对：核对患者信息，如核对患者姓名、床号等。解释：解释术后可能出现的情况，及术后注意事项。记录：记录所有操作过程，作为评分根据，并对错误操作或不当操作或欠妥操作给与记录并提示失分点。

系统自动保存所有训练成绩，以信息汇总、雷达形式展示。点击选择一个训练项目后，可以查询每次操作的操作时间、总得分、每个操作步骤的得分、失分点。

如图10及图11所示，回缩式力反馈组件80设置在器械控制装置60外壳中，与仿真采血针40通过管道30相通连接，管道30中设置有力传导介质，回缩式力反馈组件80通过力传导介质将输出动力传导给仿真采血针40。

进一步，本实施例的回缩式力反馈组件80包括：与器械控制装置60的控制模块连接并接收器械控制装置60的控制模块控制的马达、支撑支架82、安装在马达输出端的转盘84、一端设置在转盘84上并由转盘84带动传动的传动带86、由传动带86带动做直线往返运动并模拟回缩力反馈给所述仿真输液针组件的动力缸组件88。动力缸组件88连接管道30通过力传导介质推动或拉动仿真采血针的针头。传动带86可以为带状件，也可以为线状件。为了方便配合安装及传动，本实施例的传动带86设置为线状件。

回缩式力反馈组件80还包括：承载支撑支架82的力反馈底座83、相对力反馈底座设置的力反馈外壳85、设置在力反馈底座83上并承载动力元件的动力元件散热座87、及与传动带86连接以固定动力缸组件于传动带86上的固定块89。

动力缸组件可以为气压缸、液压缸等直线运动动力件，力传导介质相应为气体、液压油等。为了精确控制，使运动更精确平稳，本实施例动力缸组件为液压缸81，力传导介质为液压油。

进一步，本实施例的力反馈底座83设置有吸附固定力反馈外壳的磁铁832。支撑支架82包括：设置在力反馈底座83上的支撑底座822、设置在支撑底座两侧的第一、第二侧板824、826，连接第一、第二侧板824、826并相对传动带连接动力元件的一端设置在第一、第二侧板824、826另一端供传动带传动的连接轴828。

进一步，本实施例的第一侧板824上设置有第一斜边821；第二侧板826上设置有第二斜边823。第一斜边821与第二斜边823相对设置且倾斜方向相反。第一侧板824上设置有第一避空孔8242；第二侧板826上设置有第二避空孔8262。固定块89上设置有供传动带86缠绕以固定在传动带86上的固定柱892、及供动力缸组件的动力杆穿入固定的固定孔894。第一侧板824顶部向靠近马达一侧延伸形成有翼部8245。

如图13至14所示，进一步，本实施例的仿真采血管50包括：管体52、设置在管体52中的采血指示装置、封盖管体52的采血管封盖54、设置在采血管封盖54上的采血管盖56、设置在采血管56盖上的胶圈58。胶圈58为O型氟胶圈。采血管盖56上设置有容纳胶圈58的容纳孔562。

采血管封盖54中装设有检测仿真采血管50进入仿真采血针的采血感应器53、检测仿真采血管姿态的姿态模块55。采血指示装置包括：容纳在管体52中并模拟指示采血位置的LED灯板57、及LED灯罩59。当采血管模拟进行采血时，LED灯板57上的LED灯亮，LED灯板57上的LED灯可以从LED灯罩59将光投射出来。

仿真采血管50用于模拟检测操作者的操作步骤，功能主要包括：接入采血管检测，采血过程模拟，采集后摇晃采血管检测。接入采血管通过开关来检测，当接入后，开关导通。采血过程模拟，采用红色LED灯从管体52底部向上按顺序亮起，再加上LED灯罩59，产生采血过程的视觉效果。采集后摇晃采血管检测，采用姿态模块检测加速度，来判断是否摇晃动作。仿真采血管50通过信号线51接入控制模块。

回缩式力反馈组件80模拟刺入血管的突破力感，首先管道30里装满油，针本体可以被油压顶出或拉回，油压由动力元件如马达驱动液压杆产生。针刺入血管后的回血，由在仿真采血针40尾端装置红色LED灯，当刺破血管时，控制红色LED灯亮，代表刺的部位正确。

如图10及图11所示，马达802与转盘84固定连接，转盘84旋转带动传动带86正转或反转，固定块89同时与线状传动带86和动力缸组件88的滑动杆882连接，带动动力缸组件88的滑动杆882前进和后退，从而推动仿真采血针40的针头前进和后退。反之，马达802输出扭矩，通过电流大小控制输出扭矩大小，当马达输出一定扭矩时，仿真采血针进针，这时克服扭矩后退，在手端产生力感，在此过程中，马达断电，扭矩瞬间变为0，从而获得突破力感。

磁铁832是为了固定整个回缩式力反馈组件80设计的，直接将回缩式力反馈组件80放到一定范围，通过磁力的作用固定。方便拆卸。

由于马达802长时间处于通电状态，会产生很多热量，防止马达烧坏，故设计散热座87，与马达802固定时填散热硅脂。

器械控制装置60的控制模块控制马达802转动输出带动转盘84转动，带动转盘84上的传动带86转动，带动传动带86上的固定块89运动，带动动力缸组件88直线运动，从而通过力传导介质传导给仿真采血针40的针头，主控设备控制马达802输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化，根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化。

如图12所示，进一步，本实施例中穿刺针刺入皮肤过程的力感变化根据刺入深度与受力分析经验模型用高斯曲线进行拟合：

其中x表示刺入深度，f(x)为受力大小。

进一步，本实施例根据不同年龄人群对拟合高斯曲线的参数进行配置。

进一步，优选的，本实施例根据年龄分为老年人、青年人、小孩对拟合高斯曲线的参数进行配置。

根据不同年龄段分为老年人、青年人、小孩的经验模型进行高斯曲线拟合。

进一步，优选的，本发明一实施例根据不同年龄段拟合的高斯曲线的参数为：老年人:μ＝1,σ＝2；青年人:μ＝1.1,σ＝2.2；小孩:μ＝1.2,σ＝2.3。

进一步，本实施例马达通过传送带或传输线带动动力缸组件往返直线运动从而模拟控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。

进一步，本实施例的动力缸组件通过管道与仿真穿刺针连通，管道中装设有力传导介质，动力缸组件直线运动通过力传导介质传导给仿真穿刺针形成回缩式反馈力。动力缸组件可以为气压缸、液压缸等直线运动动力件，力传导介质相应为气体、液压油等。

为了精确控制，使运动更精确平稳，本实施例动力缸组件为液压缸，力传导介质为液压油。

仿真采血管50用于模拟检测操作者的操作步骤，功能主要包括：接入采血管检测，采血过程模拟，采集后摇晃采血管检测。接入采血管通过开关来检测，当接入后，开关导通。采血过程模拟，采用红色LED灯从管体52底部向上按顺序亮起，再加上LED灯罩59，产生采血过程的视觉效果。采集后摇晃采血管检测，采用姿态模块检测加速度，来判断是否摇晃动作。仿真采血管50通过信号线51接入器械控制装置60的控制模块。

回缩式力反馈组件80模拟刺入血管的突破力感，首先管道30里装满油，针本体可以被油压顶出或拉回，油压由动力元件如马达802驱动液压杆产生。针刺入血管后的回血，由在仿真采血针40尾端装置红色LED灯，当刺破血管时，控制红色LED灯亮，代表刺的部位正确及回血。

马达802与转盘84固定连接，转盘84旋转带动传动带86正转或反转，固定块89同时与线状传动带86和动力缸组件88的滑动杆882连接，带动动力缸组件88的滑动杆882前进和后退，从而推动仿真采血针40的针头前进和后退。反之，马达802输出扭矩，通过电流大小控制输出扭矩大小，当马达802输出一定扭矩时，穿刺针进针，这时克服扭矩后退，在手端产生力感，在此过程中，马达802断电，扭矩瞬间变为0，从而获得突破力感。

磁铁832是为了固定整个回缩式力反馈组件80设计的，直接将回缩式力反馈组件80放到一定范围，通过磁力的作用固定，方便拆卸。

进一步，本实施例的静脉采血智能训练系统还包括：模式选择模块。模式选择还包括：若接收教学模式指令，进入教学模式。进入教学模式：登录、模块选择、检验选择、用物状态检测、术前准备、用物选择、采血前准备、扎止血带确认血管、消毒、穿刺、采血、按压拔针、术后处理、提交成绩。并提供主动语音纠错、知识点提醒。教学模式下，每一步操作都设置有详细的操作提示及错误说明，能够大步骤的跳转，并且能对单个步骤进行反复指导。

若接收考试模式指令，进入考试模式；考试模式无任何提醒，并在后台记录操作情况，并在操作结束后给出评分和错误点，并根据病例指出具体的错误。考试模式下没有操作提示，记录操作者的错误操作。该模式下必须严格按照流程进行操作，若发生严重错误则考试结束，成绩不合格。成绩录入系统、存档。

本发明的静脉采血智能训练方法及系统根据参数判断用户行为，进行动画、语音、视频、文字显示，进行图像识别，语音交互，进行用户操作采集和视频回放。评分则将信息发送给信息化平台，由信息化服务器发送网页显示学员分数。

本实施例的静脉采血智能训练系统是一种先进的、虚实结合交互式静脉穿刺采血培训系统。能模拟真实临床操作环境，精准地模拟临床真实静脉采血的操作步骤。同时，可像传统仿真模型一样,在仿真模型上进行操作，在操作过程中实时给予指导,帮助提高学生的操作技能，为其进入真实临床操作打下坚实基础。仿真器械，与真实模型进行互动，事实地智能纠错与提示。系统含教学、训练和考试三种模式，学生可自主学习训练与测评，通过网络化平台搭建，教师可远程指导。

系统提供的3种模式：

训练模式：提供主动语音纠错、知识点提醒等功能。学生可以在没有老师的情况下学习静脉采血操作。并在操作结束后给出评分。

教学模式：提供主动语音纠错、知识点提醒等功能。

考试模式：无任何提醒，但后台记录学生操作情况，并在操作结束后给出评分和错误点。并根据病例指出学生的具体错误。

评分：在训练模式，和考试模式下点击提交成绩，可查看学员操作成绩。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种静脉采血智能训练方法，其特征在于，包括如下步骤：

登录：接收身份验证信息进行验证登录；

模块选择：接收静脉采血模块选择指令进入场景：

检验选择：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令显示相应的检验单，接收到确定指令进入训练场景；

术前准备：提示进行洗手，检测是否按压洗手液，若检测到按压洗手液，控制显示进行洗手，洗手完成进入戴口罩、手套，提示进行戴口罩、手套，检测操作者是否戴口罩、手套，若检测口罩、手套已佩戴完成，则进入下一步，

用物选择：提示进行用物选择，接收用物选择指令，选择错误或选择过多或过少，给与提示，重新进行选择，若选择正确，接收确定指令进入下一步，

采血前准备：提示进行采血前准备，完成采血前准备进入下一步：

扎止血带、确认血管：提示进行扎止血带，检测在模型手臂上是否扎止血带，检测止血带位置是否正确，检测扎止血带的时长，若时长超过设定时间则提示，扎血带完成后提示进行确认血管，持续设定时间后跳转到下一步；

消毒：提示拿起棉签蘸取消毒液，检测棉签是否拿起，提示进行消毒，检测模型手臂的穿刺位置是否进行消毒，检测消毒位置、消毒轨迹，根据检测到的消毒轨迹判断消毒范围，判断是否有留白，是否达到预定消毒范围，并记录，消毒完成进入下一步；

穿刺：提示进行穿刺，检测仿真采血针与模型胳膊上的进针角度，检测进针位是否在血管，检测进针深度，根据进针深度、力反馈控制进行回血，若穿刺深度过深或过浅则进行提示并记录，若穿刺成功进入下一步；

采血：提示连接采血管，开始采集血液标本，检测进针深度，检测穿刺位置的偏移移动，检测仿真采血管是否连入仿真采血针的针筒，若出血，则提示松开止血带，检测模型手臂上的止血带是否已松开，检测松开止血带的时机，过早或过迟则错误提示并记录，若止血带已松开则控制停止计算扎止血带的时长，根据时间计算采集量，若达到采集量提示拔出采血管，进入摇匀，检测仿真采血管是否放入器械盘，并记录，持续设定时间后跳转到下一步；

按压拔针：血液标本采集完成后提示取棉签按压穿刺点后拔针，检测取棉签，检测拔针时是否进行按压，检测按压位置是否在穿刺点，若检测到已拔针、按压位置正确，检测是否嘱患者按压，并记录，若语音识别完成嘱患者按压播放患者点头动画，进入下一步；

术后处理：提示进行术后处理，持续设定时间后跳转到下一步；

提交成绩：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。

2.根据权利要求1所述的静脉采血智能训练方法，其特征在于，所述采血前准备包括：

核对患者：动画显示患者递交申请单进行检查申请单，核对患者，检测语音询问患者信息，核对患者完成进入下一步；

打印检查凭证：提示打印检查凭证，若接收到确定打印凭证点击指令进入打印检查凭证，打印凭证完成进入下一步；

粘贴标签：提示粘贴标签，若接收到标签拖至对应采血管附近指令，则进行粘贴标签，标签粘贴完成进入下一步。

3.根据权利要求2所述的静脉采血智能训练方法，其特征在于，所述核对患者时，控制患者面向操作位，检测操作者，控制患者视线随操作者移动而移动；

所述术前准备前还包括：用物状态检测：检测器械盘中的用物是否备齐，若缺失则提示并提示器械盘内缺少的物品，若物品齐备则跳转过，进入下一步。

4.根据权利要求1所述的静脉采血智能训练方法，其特征在于，所述消毒还包括：记录消毒次数，检测是否达到预定消毒次数，检测每次消毒的位置及消毒轨迹，根据消毒轨迹检验消毒范围、消毒面积，判断是否达到预定消毒范围，若检测到完成消毒设定次数则进入下一步；

所述采血后还包括摇匀：检测仿真采血管的姿态变化以检测采血后是否摇匀。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的静脉采血智能训练方法，其特征在于，所述穿刺时通过仿真采血针的回缩量检测进针深度，采用双目识别检测仿真采血针的穿刺角度；所述采血时根据采血时间控制仿真采血管上的采血位置显示，判断是否达到预定采血量。

6.根据权利要求5所述的静脉采血智能训练方法，其特征在于，所述双目识别检测仿真采血针的穿刺角度包括如下步骤：

关联：将特征靶贴在仿真采血针相应位置，关联仿真采血针与特征靶；

配置摄像头：配置一对摄像头，调整摄像头焦距，调整两摄像头之间的夹角和距离，以调整两摄像头视野重叠区域；

标定：摄像头获取标定参照物的图像，测定标定参照物上每一个特征点相对于世界坐标系的位置，将世界坐标系选为标定参照物的物体坐标系，确定标定参照物上特征点在图像上的投影位置，计算摄像头的内外参数；

校正：根据摄像头标定后获得的内参：焦距、成像原点、畸变参数和表现双目相对位置关系的外参：旋转矩阵和平移矩阵，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；

捕捉器械：通过抓拍捕捉特征靶从而捕捉仿真采血针；

立体匹配：根据映射关系进行立体匹配并对畸变进行纠正，实时计算特征靶的三维空间位置从而计算仿真采血针的空间位置，计算仿真采血针的穿刺角度。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的静脉采血智能训练方法，其特征在于，所述仿真采血管根据不同容量位置设置有用于模拟显示采血量的多排或多个采血指示装置，所述采血过程中，若检验项目需接多个采血管，检测不同试管接入，根据不同试管检测不同采血量，根据不同采血量提示是否采血完成；所述仿真采血针的针头为回缩针，检测仿真采血针回缩量从而检测进针量；检测穿刺位置是否有偏差移动，若偏差移动大于设定范围则错误提示，连入仿真采血管根据采血时间控制显示采血量；同时控制手持终端显示倾斜采血管，血液流入，速度与仿真采血管的采血指示装置指示量一致，若检测到达到采集量，检测是否及时拔出采血管，并记录。

8.一种静脉采血智能训练系统，其特征在于，包括：主控设备、与所述主控设备通信的器械控制装置、与所述器械控制装置连接的器械盘、装设在所述器械盘中的用物、与所述主控设置通信连接的器械控制设备、模型手臂、与所述主控设备通信进行显示装置、与所述主控设备连接并接受操作指令的手持终端、与所述主控设备通信并捕捉操作者操作的摄像头；所述器械盘上相应器械位上设置有器械感应器，所述用物包括：仿真器械、仿真洗手液、棉签、手套、口罩，所述仿真器械包括：与所述器械控制设备通信连接的仿真采血针、与所述器械控制设备通信连接的仿真采血管，仿真采血管中根据不同容量位置设置有多个或多排采血指示装置；所述仿真采血管上设置有感应其进入仿真采血针的采血感应器；

所述主控设备包括：

登录模块：接收身份验证信息进行验证登录；

模块选择模块：接收静脉采血模块选择指令进入场景，显示装置显示采血场景：

检验选择模块：显示装置显示采血场景，手持终端显示检验项目目标或列表，提示选择检验项目，若手持终端接收到检验项目点击指令显示相应的检验单，接收到确定指令进入训练；

用物状态检测模块：检测器械盘中的用物是否备齐，若缺失则提示并提示器械盘内缺少的物品，若物品齐备则跳转过，连接到下一个模块；

术前准备模块：提示进行洗手，检测是否按压洗手液，若检测到按压洗手液，控制手持终端显示进行洗手，洗手完成进入戴口罩、手套，提示进行戴口罩、手套，检测操作者是否戴口罩、手套，若检测到口罩、手套佩戴好，则连接到下一个模块；

用物选择模块：提示进行用物选择，接收用物选择指令，选择错误或选择过多或过少，给与提示，重新进行选择，若选择正确，接收确定指令连接到下一个模块；

采血前准备模块：提示进行采血前准备，采血完成连接到下一个模块：

扎止血带/确认血管模块：提示进行扎止血带，检测是否在模型手臂上是否扎止血带，检测止血带位置是否正确，检测扎止血带的时长，若时长超过设定时间则提示，扎血带完成后提示进行确认血管，持续设定时间后连接到下一个模块；

消毒模块：提示拿起棉签蘸取消毒液，检测棉签是否拿起，提示进行消毒，检测模型手臂的穿刺位置是否进行消毒，检测消毒位置、消毒轨迹，根据检测到的消毒轨迹判断消毒范围，判断是否有留白，是否达到预定消毒范围，并记录，消毒完成后连接到下一个模块；

穿刺模块：提示进行穿刺，控制显示装置显示患者头偏向一侧，检测仿真采血针与模型胳膊上的进针角度，检测进针位是否在血管，检测进针深度，根据进针深度、力反馈控制进行回血，若穿刺深度过深或过浅则进行提示并记录，若穿刺成功连接到下一个模块；

采血模块：提示连接采血管，开始采集血液标本，检测进针深度，检测穿刺位置的偏移移动，检测仿真采血管是否连入仿真采血针的针筒，若出血，则提示松开止血带，控制显示装置显示患者头部转向操作位，检测模型手臂上的止血带是否已松开，检测松开止血带的时机，过早或过迟则错误提示并记录，若止血带已松开则控制停止计算扎止血带的时长，根据时间计算采集量，若达到采集量提示拔出采血管，进入摇匀，检测仿真采血管是否放入器械盘，并记录，持续设定后连接到下一个模块；

按压拔针模块：血液标本采集完成后提示取棉签按压穿刺点后拔针，检测取棉签，检测拔针时是否进行按压，检测按压位置是否在穿刺点，检测是否嘱患者按压，接收到语音进行识别，若识别成功，控制显示装置显示患者点头，并记录，连接到下一个模块；

术后处理模块：提示进行术后处理，持续设定时间后连接到下一个模块；

提交成绩模块：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。

9.根据权利要求8所述的静脉采血智能训练系统，其特征在于，所述采血前准备模块包括：

核对患者单元：显示装置显示患者递交检验申请单，控制手持终端显示检验申请单，进入核对患者，检测语音询问患者信息，控制患者面向操作位，检测操作者，控制显示装置显示患者视线随操作者移动而移动，核对患者完成连接到下一个单元；

打印检查凭证单元：提示打印检查凭证，若接收到确定打印凭证点击指令进入打印检查凭证，打印凭证完成连接到下一个单元；

粘贴标签单元：提示粘贴标签，若接收到标签拖至对应采血管附近指令，则进行粘贴标签，粘贴标签完成连接到扎止血带/确认血管模块。

10.根据权利要求8或9所述的静脉采血智能训练系统，其特征在于，还包括：与所述主控设备通信连接的双目摄像头，所述仿真采血针为设有回缩针的仿真真空采血针，所述穿刺模块通过仿真采血针的回缩量检测进针深度，所述穿刺模块采用双目识别检测仿真采血针的穿刺角度；所述采血模块根据采血时间控制仿真采血管上的采血位置显示，判断是否达到预定采血量；

所述双目识别检测仿真采血针的穿刺角度包括如下：

关联单元：将特征靶贴在仿真采血针相应位置，关联仿真采血针与特征靶；

配置摄像头单元：配置一对摄像头，调整摄像头焦距，调整两摄像头之间的夹角和距离，以调整两摄像头视野重叠区域；

标定单元：摄像头获取标定参照物的图像，测定标定参照物上每一个特征点相对于世界坐标系的位置，将世界坐标系选为标定参照物的物体坐标系，确定标定参照物上特征点在图像上的投影位置，计算摄像头的内外参数；

校正单元：根据摄像头标定后获得的内参：焦距、成像原点、畸变参数和表现双目相对位置关系的外参：旋转矩阵和平移矩阵，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；

捕捉器械单元：通过抓拍捕捉特征靶从而捕捉仿真采血针；

立体匹配单元：根据映射关系进行立体匹配并对畸变进行纠正，实时计算特征靶的三维空间位置从而计算仿真采血针的空间位置，计算仿真采血针的穿刺角度。

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