CN110838253A - 静脉注射智能训练方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种静脉注射智能训练方法及系统包括如下：登录、模块选择、检验选择、核对医嘱、用物选择、护理准备、注射前准备、扎止血带、选择静脉、嘱患者握拳、消毒、穿刺、松止血带、推注药液、按压拔针、再次核对、术后处理、提交成绩，穿刺：提示进行穿刺，检测仿真注射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，若穿刺成功进入松止血带；上述静脉注射智能训练方法及系统通过提示、及时反馈引导操作者模拟静脉注射操作，对操作及时给与判断、评判，及时反馈给操作者。
Description
技术领域
本发明涉及医学教学训练系统，特别涉及一种静脉注射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注射模拟操作以提高操作者静脉注射操作能力的静脉注射智能训练方法。
同时，提供一种引导操作者进行静脉注射模拟操作以提高操作者静脉注射操作能力的静脉注射智能训练系统。
一种静脉注射智能训练方法，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：若接收静脉注射模块选择指令进入下一步；
检验选择：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令则手持终端显示相应的医嘱执行单，通不同标签切换指令切换显示不同医嘱执行单，接收到确定指令进入下一步；
核对医嘱：提示核对医嘱执行单和注射卡，接收医嘱执行单点击指令，跳出相应的注射卡，接收确定指令进行下一步；
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；
护理准备：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液，控制显示进行洗手；洗手完成，提示进行戴口罩，检测操作者是否戴口罩，若检测到已佩戴口罩则进入下一步；
注射前准备：提示进行注射前准备，若已完成注射前准备则进入下一步；
扎止血带：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，检测到扎完止血带则进入下一步；
选择静脉：提示选择合适的静脉，显示静脉解剖图及相应的静脉的名称，持续设定时间后跳转到下一步；
嘱患者握拳：提示嘱患者握拳，检测是否进行语音交互，检测并识别到握拳语音，若识别到握拳语音，控制患者点头，进入下一步；
消毒：提示进行消毒，检测棉签拿起，检测是否在模型手臂的穿刺位置进行消毒，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，检测消毒次数，判断是否达到设定次数，并记录，检测到消毒达到预定次数且消毒完成进入下一步；
穿刺：提示进行穿刺，检测仿真注射器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；
松止血带：提示松止血带，检测是否松止血带，检测松止血带的时机，若扎止血带的时长超过设定时长进行提醒，并记录，提示嘱患者松拳，检测并识别到松拳语音，若识别到松拳语音，进入下一步；
推注药液：提示推注药液，检测是否推注仿真注射器的活塞柱，检测推注速度，若推注速度不在设定范围内则进行提示，检测是否推注完全，若检测到推注完成则进入下一步；
按压拔针：提示拔出针头，检测是否拿出棉签按压穿刺点、是否拔出注射针，并记录，若检测到仿真注射器的针头已拔出、棉签已按压，则提示嘱咐患者按压，检测并识别是否嘱患者按压，并记录，若识别到按压嘱咐则进入下一步；
再次核对：提示再次核对患者信息，检测并语音识别，检测显示的注射卡上的手写输入，若核对、输入完成则进入下一步；
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，所述注射前准备包括：
抽取药液：提示检查药物，抽取所需的药液量，检测是否对仿真注射器进行抽取操作，检测抽取速度，显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，若动画显示处于抽取完状态则进入下一步；
排尽空气：提示排尽空气，检测是否进行推动仿真注射器的活塞柱操作，检测推动速度，若检测到仿真注射器的活塞柱推动操作则控制显示注射器中气泡被排除动画，若检测到推动速度过快或过慢则提示，若动画显示注射器中气泡被排出，则进入下一步；
核对解释：提示核对患者，检测语音并识别，若检测到询问患者姓名并识别成功后，患者回答是或回答姓名，进入下一步；
洗手准备：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液则进行洗手，洗手完成进入到扎止血带步骤。
在优选的实施例中，所述抽取药液时根据仿真注射器的抽取操作、抽取速度控制显示装置显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，且显示抽取速度与检测到的仿真注射器的抽取速度相匹配。
在优选的实施例中，所述用物选择步骤前还包括：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，若检测到用物齐备则跳过该步骤。
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。
在优选的实施例中，所述穿刺时通过仿真注射组件的回缩量检测进针深度，采用双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度；
所述双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度包括如下步骤：
关联：将特征靶粘贴在仿真注射组件相应位置，关联仿真注射组件与特征靶；
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注射组件；
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注射组件的空间位置，计算仿真注射组件的穿刺角度。
一种静脉注射智能训练系统，包括：主控设备、与所述主控模块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、模型手臂、与所述主控设备通信连接的显示装置、与所述主控模块连接并接受操作指令的手持终端、与所述主控模块通信并捕捉操作者操作的摄像头；所述器械盘上根据不同用物设置不同用于放置用物的用物位，所述用物位上设置有用物感应器，所述用物位相应位置上设置有用物选择按钮，所述用物包括：仿真器械、口罩、仿真洗手液、仿真药液瓶、棉签，所述仿真器械包括：与所述器械控制装置通信连接的仿真注射器，
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：手持终端显示模块选择界面，接收静脉注射模块选择指令，显示装置显示进入注射场景；
检验选择模块：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令则手持终端显示相应的医嘱执行单，通过不同标签切换指令切换显示不同医嘱执行单，接收到确定指令连接到下一个模块；
核对医嘱模块：提示核对医嘱执行单和注射卡，手持终端接收到医嘱执行单点击指令，同时跳出相应的注射卡，控制手持终端显示医嘱执行单和注射卡，接收确定指令连接到下一个模块；
用物选择模块：提示进行用物选择，手持终端显示选择用物提示，显示装置显示物品准备间场景，接收器械盘中的用物选择指令，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，手持终端显示完成或确定指令，接收完成或确定指令连接到下一个模块；
护理准备模块：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液，控制手持终端显示七步洗手法进行洗手；洗手完成，提示进行戴口罩，摄像头检测操作者是否戴口罩，若检测到已佩戴口罩连接到下一个模块；
注射前准备模块：提示进行注射前准备，注射器准备完成连接到下一个模块；
扎止血带模块：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，检测到扎完止血带则连接到下一个模块；
选择静脉模块：提示选择合适的静脉，显示装置显示患者，手持终端显示静脉解剖图及相应的静脉的名称，持续设定时间后连接到下一个模块；
嘱患者握拳模块：提示嘱患者握拳，检测是否进行语音交互，检测并识别到握拳语音，若识别到握拳语音，显示患者点头，连接到下一个模块；
消毒模块：提示进行消毒，检测棉签拿起，检测是否在模型手臂的穿刺位置进行消毒，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，检测消毒次数，判断是否达到设定次数，并记录，检测到消毒达到预定次数且消毒完成连接到下一个模块；
穿刺模块：提示进行穿刺，控制显示装置显示患者头转向一侧，手持终端显示扎止血带计时，显示提示语；检测仿真注射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；
松止血带模块：提示松止血带，检测是否松止血带，检测松止血带的时机，若扎止血带的时长超过设定时长进行提醒，控制显示装置显示患者头转向操作位，手持终端显示扎止血带计时结束，显示提示语，并记录，提示嘱患者松拳，检测并识别到松拳语音，若识别到松拳语音，连接到下一个模块；
推注药液模块：提示推注药液，检测是否推注仿真注射器的活塞柱，检测推注速度，若推注速度不在设定范围内则进行提示，检测是否推注完全，显示装置显示患者头朝向操作位，看着操作部位，若检测到推注完全则连接到下一个模块；
按压拔针模块：提示拔出针头，检测是否拿出棉签按压穿刺点、是否拔出注射针，并记录，若检测到仿真注射器的针头已拔出、棉签已按压，则提示嘱咐患者按压，检测并识别是否嘱患者按压，并记录，若识别到按压嘱咐则连接到下一个模块；
再次核对模块：提示再次核对患者信息，检测并语音识别，检测显示的注射卡上的手写输入；
术后处理模块：提示进行术后处理；
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，所述注射前准备模块包括：抽取药液单元、排尽空气单元、核对解释单元、洗手准备单元；
抽取药液单元：提示检查药物，抽取所需的药液量，检测是否对仿真注射器进行抽取操作，检测抽取速度，显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，若动画显示处于抽取完状态则连接到下一个单元；
排尽空气单元：提示排尽空气，检测是否进行推动仿真注射器的活塞柱操作，检测推动速度，若检测到仿真注射器的活塞柱推动操作则控制显示注射器中气泡被排除动画，若检测到推动速度过快或过慢则提示，若动画显示注射器中气泡被排出，则连接到下一个单元；
核对解释单元：提示核对患者，检测语音并识别，若检测到询问患者姓名并识别成功后，患者回答是或回答姓名，连接到下一个单元；
洗手准备单元：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液则进行洗手，洗手完成连接到扎止血带模块。
在优选的实施例中，所述抽取药液单元中进行抽取药液时根据仿真注射器的抽取操作、抽取速度控制显示装置显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，且显示抽取速度与检测到的仿真注射器的抽取速度相匹配；
所述器械控制装置中设置有与仿真注射器连接并驱动仿真注射器针头的回缩式反馈力组件，
所述用物选择模块前还连接有用物状态检测：手持终端显示用物检测界面，显示装置显示物品准备间场景，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，若检测到用物齐备则跳过。
在优选的实施例中，还包括：与所述主控模块通信连接的双目摄像头，所述仿真注射器为回缩针式注射器，所述穿刺模块通过仿真注射组件的回缩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注射组件的穿刺角度；
所述双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度包括如下：
关联单元：将特征靶贴在仿真注射组件相应位置，关联仿真注射组件与特征靶；
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注射组件；
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注射组件的空间位置，计算仿真注射组件的穿刺角度。
上述的静脉注射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注射操作，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，根据实际静脉注射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，提高操作者静脉注射操作能力。
附图说明
图1为本发明一实施例的静脉注射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静脉注射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的部分分解结构示意图；
图12为本发明一实施例的仿真注射器的部分结构示意图；
图13为本发明一实施例的仿真注射器的部分结构主视图；
图14为图13的B-B方向剖视图；
图15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。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施例的静脉注射智能训练方法，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：若接收静脉注射模块选择指令进入下一步：
操作者点击静脉注射模块进入静脉注射场景，显示护士站场景。
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则手持终端显示相应的医嘱执行单，通不同标签切换指令切换显示不同医嘱执行单，接收到确定指令进入下一步；
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，显示护士站场景。
步骤S107，核对医嘱：提示核对医嘱执行单和注射卡，接收医嘱执行单点击指令，跳出相应的注射卡，接收确定指令进行下一步；
步骤S109，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；
提示选择器械盘中的用物，每个用物位上设置有选择按钮，按下相应用物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S111，护理准备：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液，控制显示进行洗手；若洗手完成则提示进行戴口罩，检测操作者是否戴口罩，若检测到已佩戴口罩则进入下一步；
提示进行护理准备，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，采用图像识别检测操作者是否戴口罩。
步骤S113，注射前准备：提示进行注射前准备，若完成注射前准备则进入下一步；
步骤S115，扎止血带：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，检测到扎完止血带则进入下一步；
提示进行扎止血带，在穿刺点上方6cm左右处扎止血带，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，选择静脉：提示选择合适的静脉，显示静脉解剖图及相应的静脉的名称，持续设定时间后则跳转到下一步；
该步骤持续设定时间如3S后，自动跳转至下一步。
步骤S119，嘱患者握拳：提示嘱患者握拳，检测是否进行语音交互，检测并识别到握拳语音，若识别到握拳语音，控制患者点头，进入下一步；
步骤S121，消毒：提示进行消毒，检测棉签拿起，检测是否在模型手臂的穿刺位置进行消毒，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，检测消毒次数，判断是否达到设定次数，并记录，检测到消毒达到预定次数且消毒完成进入下一步；
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。
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5cm左右，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S123，穿刺：提示进行穿刺，检测仿真注射器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；
提示进行穿刺，操作者拿起仿真注射器在模型手臂的消毒处穿刺静脉血管，穿刺成功后回血，采用双目识别检测仿真注射器的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。
步骤S125，松止血带：提示松止血带，检测是否松止血带，检测松止血带的时机，若扎止血带的时长超过设定时长进行提醒，并记录，提示嘱患者松拳，检测并识别到松拳语音，若识别到松拳语音，进入下一步；
步骤S127，推注药液：提示推注药液，检测是否推注仿真注射器的活塞柱，检测推注速度，若推注速度不在设定范围内则进行提示，检测是否推注完全；
提示根据病人年龄、病情、药物性质，缓慢推注药液，显示患者头向操作位，看着操作部位，检测是否推注仿真注射器的活塞柱，检测推注速度，检测是否已经全部推注完全。
步骤S129，按压拔针：提示拔出针头，检测是否拿出棉签按压穿刺点、是否拔出注射针，并记录，若检测到仿真注射器的针头已拔出、棉签已按压，则提示嘱咐患者按压，检测并识别是否嘱患者按压，并记录，若识别到按压嘱咐则进入下一步；
提示将棉签置于穿刺点上方、快速拔出针头，取棉签按压穿刺点，然后拔出注射针，检测是否拔出注射针，检测是否拿出棉签按压穿刺点，若检测针头已拔出，棉签按压，进入嘱咐患者，提示嘱咐患者按压，检测并识别是否嘱患者按压，并记录，若识别到按压嘱咐则进入下一步。
步骤S131，再次核对：提示再次核对患者信息，检测并语音识别，检测显示的注射卡上的手写输入，若核对、输入完成则进入下一步；
提示再次核对患者信息，并完成整理记录，手持终端显示注射卡、手写输入框，检测并识别语音信息、手写输入信息，核对床号、姓名、药液等，在注射卡上进行护士签名、注射时间。
步骤S133，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；
按医疗废物处理条例处理用物，将耗材扔进垃圾桶或锐器盒。
步骤S135，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，本实施例的注射前准备准备包括：
抽取药液：提示检查药物，抽取所需的药液量，检测是否对仿真注射器进行抽取操作，检测抽取速度，显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，若显示抽取药液完成则进入到下一步；
排尽空气：提示排尽空气，检测是否进行推动仿真注射器的活塞柱操作，检测推动速度，若检测到仿真注射器的活塞柱推动操作则控制显示注射器中气泡被排出动画，若检测到推动速度过快或过慢则提示，若显示气泡被完全排出则进入下一步；
核对解释：提示核对患者，检测语音并识别，若检测到询问患者姓名并识别成功后，患者回答是或回答姓名，进入下一步；
洗手准备：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液则进行洗手，若洗手完成则进入扎止血带步骤。
进一步，本实施例抽取药液时根据仿真注射器的抽取操作、抽取速度控制显示装置显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，且显示抽取速度与检测到的仿真注射器的抽取速度相匹配。
显示装置显示倒转的密封药瓶模型，针头斜面在液面下。操作仿真注射器进行抽取的动作、抽取速度、效果与显示装置显示动画效果一致。
进一步，本实施例的用物选择步骤前还包括：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，若检测到用物齐备则跳过该步骤。
用物状态检测设置在用物选择步骤前，模块选择后。器械盘每个用物位设置有器械检测装置，检测用物位是否放置器械，器械盘内用物是否齐备，器械盘的用物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。
进一步，本实施例的消毒还包括：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。
进一步，穿刺时通过仿真注射器的注射针的回缩量检测进针深度。
进一步，穿刺时采用双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度。
双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度包括如下步骤：
关联：将特征靶贴在仿真注射组件相应位置，关联仿真注射组件与特征靶；
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注射组件；
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注射组件的空间位置，计算仿真注射组件的穿刺角度。
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Xi和对应的图像坐标二维点xi，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、cx/dx+u0、cy/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，cx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，cy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Rr、Rl；
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，Rr为左摄像机经过标定得到的相对标定物的旋转矩阵，Rl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：
fx＝f/dx，fy＝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，
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，
cx1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，cy1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，cx2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，cy2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＝Rr(Rl)T
T＝Tr-RTl
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。Rr为右摄像头经过标定得到的相对标定物的旋转矩阵，Tr为右摄像头通过标定得到的相对标定物的平移向量。Rl为左摄像头经过标定得到的相对相同标定物的旋转矩阵，Tl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：
Xcorrected径＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)
ycorrected径＝y(1+k1r2+k2r4+k3r6)；
校正切向畸变：
xcorrected切＝x+[2p1y+p2(r2+2x2)]
ycorrected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(Xw,Yw,Zw)：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(Xc,Yc,Zc)：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，本实施例的静脉注射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14所示，本发明一实施例的静脉注射智能训练系统100，包括：主控设备20、与主控模块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、与主控设备20通信进行显示装置76、与主控模块20连接并接受操作指令的手持终端90、与主控模块20通信并捕捉操作者操作的摄像头74。
器械盘62上根据不同用物设置不同用于放置用物的用物位622。用物位622上设置有检测用物的用物感应器。用物位622相应位置上设置有用物选择按钮64。用物包括：仿真器械、口罩、仿真洗手液33、仿真药液瓶37、棉签。仿真器械包括：与器械控制装置通信连接的仿真注射器40。
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602、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与仿真注射组件40连接，模拟穿刺时力反馈状态，驱动仿真注射器针头。
本实施例的主控设备20包括：登录模块202、模块选择模块204、检验选择模块206、核对医嘱模块208、用物选择模块210、护理准备模块212、注射前准备模块214、扎止血带模块216、选择静脉模块218、嘱患者握拳模块220、消毒模块222、穿刺模块224、松止血带模块226、推注药液模块228、按压拔针模块230、再次核对模块232、术后处理模块234、提交成绩模块236。
登录模块202：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。
模块选择模块204：手持终端显示模块选择界面，接收静脉注射模块选择指令，显示装置显示进入注射场景。
检验选择模块206：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令则手持终端显示相应的医嘱执行单，通过不同标签切换指令切换显示不同医嘱执行单，接收到确定指令连接到下一个模块。
核对医嘱模块208：提示核对医嘱执行单和注射卡，手持终端接收到医嘱执行单点击指令，同时跳出相应的注射卡，控制手持终端显示医嘱执行单和注射卡，接收确定指令连接到下一个模块。
用物选择模块210：提示进行用物选择，手持终端显示选择用物提示，显示装置显示物品准备间场景，接收器械盘中的用物选择指令，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，手持终端显示完成或确定指令，接收完成或确定指令连接到下一个模块。
护理准备模块212：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液，控制手持终端显示七步洗手法进行洗手；提示进行戴口罩，摄像头检测操作者是否戴口罩。
注射前准备模块214：提示进行注射前准备。
扎止血带模块216：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，检测到扎完止血带则连接到下一个模块。
选择静脉模块218：提示选择合适的静脉，显示装置显示患者，手持终端显示静脉解剖图及相应的静脉的名称，持续设定时间后则连接到下一个模块。
嘱患者握拳模块220：提示嘱患者握拳，检测是否进行语音交互，检测并识别到握拳语音，若识别到握拳语音，显示患者点头，连接到下一个模块。
消毒模块222：提示进行消毒，检测棉签拿起，检测是否在模型手臂的穿刺位置进行消毒，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，检测消毒次数，判断是否达到设定次数，并记录，检测到消毒达到预定次数且消毒完成连接到下一个模块。
穿刺模块224：提示进行穿刺，控制显示装置显示患者头转向一侧，手持终端显示扎止血带计时，显示提示语；检测仿真注射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。
松止血带模块226：提示松止血带，检测是否松止血带，检测松止血带的时机，若扎止血带的时长超过设定时长进行提醒，控制显示装置显示患者头转向操作位，手持终端显示扎止血带计时结束，显示提示语，并记录，提示嘱患者松拳，检测并识别到松拳语音，若识别到松拳语音，连接到下一个模块。
推注药液模块228：提示推注药液，检测是否推注仿真注射器的活塞柱，检测推注速度，若推注速度不在设定范围内则进行提示，检测是否推注完全，显示装置显示患者头朝向操作位，看着操作部位，若动画显示推注完全则连接到下一个模块。
按压拔针模块230：提示拔出针头，检测是否拿出棉签按压穿刺点、是否拔出注射针，并记录，若检测到仿真注射器的针头已拔出、棉签已按压，则提示嘱咐患者按压，检测并识别是否嘱患者按压，并记录，若识别到按压嘱咐则连接到下一个模块。
再次核对模块232：提示再次核对患者信息，检测并语音识别，检测显示的注射卡上的手写输入，若核对、输入完成则连接到下一个模块。
术后处理模块234：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236：接收提交成绩指令，根据操作进行打分，提示得分点、失分点。
注射前准备模块包括：抽取药液单元、排尽空气单元、核对解释单元、洗手准备单元。
抽取药液单元：提示检查药物，抽取所需的药液量，检测是否对仿真注射器进行抽取操作，检测抽取速度，显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，若动画显示抽取完全则连接到下一个单元。
排尽空气单元：提示排尽空气，检测是否进行推动仿真注射器的活塞柱操作，检测推动速度，若检测到仿真注射器的活塞柱推动操作则控制显示注射器中气泡被排出的动画，若检测到推动速度过快或过慢则提示，若动画显示气泡排出完成则连接到下一个单元。
核对解释单元：提示核对患者，检测语音并识别，若检测到询问患者姓名并识别成功后，患者回答是或回答姓名，连接到下一个单元。
洗手准备单元：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液则进行洗手，动画显示七步洗手法进行洗手，洗手完成则连接到扎血带模块。
进一步，抽取药液单元中进行抽取药液时根据仿真注射器的抽取操作、抽取速度控制显示装置显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，且显示抽取速度与检测到的仿真注射器的抽取速度相匹配。
进一步，本实施例的用物选择模块前还连接有用物状态检测：手持终端显示用物检测界面，显示装置显示物品准备间场景，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，若检测到用物齐备则跳过。
本实施例的静脉注射智能训练系统100还包括：与所述主控模块通信连接的双目摄像头72。
仿真注射组件为回缩针式注射组件，所述穿刺模块通过仿真注射组件的回缩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注射组件的穿刺角度。
进一步，本实施例的双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度包括如下：
关联单元：将特征靶贴在仿真注射组件相应位置，关联仿真注射组件与特征靶；
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注射组件；
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注射组件的空间位置，计算仿真注射组件的穿刺角度。
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至图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，与管道连接，并通过管道与仿真注射器46相通连接，管道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注射器46。
回缩式反馈力组件80与器械控制装置60的控制模块通信连接、并接收器械控制装置60的控制模块控制。仿真注射组器40的注射针受回缩式反馈力组件驱动。
回缩式反馈力组件80与仿真注射器46通过管道相通连接，管道中设置有力传导介质，回缩式反馈力组件80通过力传导介质将输出动力传导给仿真注射器46的注射针。
如图6至图14所示，仿真注射组件40包括：本体42、设置在本体中的活塞柱44、设置在本体中并与活塞柱相应设置的变阻器45、感应活塞柱推送到位的到位感应器46、一端装设在本体中并通过管道与回缩式力反馈组件连通的回缩针式的注射针、设置本体中反应注射针穿刺回血的指示装置48。
进一步，本实施例的本体42设置有管道通道422以供管道通过与注射针连接。本体42还设置有线路通道424，以供走线及电子元器件设置。变阻器45与活塞柱44相应设置并随着活塞柱44的位置变化而变化阻值。优选的，本实施例指示装置48为LED灯。
如图10至图11所示，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注射器的动力缸组件88。动力缸组件88连接管道通过力传导介质推动或拉动仿真注射组件的针头。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。
回缩式力反馈组件80模拟刺入血管的突破力感，首先管道里装满油，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，由在仿真注射器46设置的红色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。
如图10至图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，从而推动仿真注射组件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，仿真注射组件进针，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注射组件40的注射针，控制马达802输出力矩控制仿真注射器的注射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15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。
回缩式力反馈组件80模拟刺入血管的突破力感，首先管道里装满油，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，由在仿真注射器设置的红色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，从而推动仿真注射组件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，本实施例的静脉注射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、核对医嘱、用物选择、护理准备、核对备药、备注射器、核对解释、洗手准备、挂瓶排气、确认血管、消毒、再次核对/排气、扎止血带、嘱患者握拳、穿刺、松止血带、注射贴固定、调节滴速、滴注完成模块、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。
本发明的静脉注射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。
本实施例的静脉注射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注射的操作步骤。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注射操作。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)
1.一种静脉注射智能训练方法，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：若接收静脉注射模块选择指令进入下一步；
检验选择：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令则手持终端显示相应的医嘱执行单，通不同标签切换指令切换显示不同医嘱执行单，接收到确定指令进入下一步；
核对医嘱：提示核对医嘱执行单和注射卡，接收医嘱执行单点击指令，跳出相应的注射卡，接收确定指令进行下一步；
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；
护理准备：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液，控制显示进行洗手；洗手完成，提示进行戴口罩，检测操作者是否戴口罩，若检测到已佩戴口罩则进入下一步；
注射前准备：提示进行注射前准备，若已完成注射前准备则进入下一步；
扎止血带：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，检测到扎完止血带则进入下一步；
选择静脉：提示选择合适的静脉，显示静脉解剖图及相应的静脉的名称，持续设定时间后跳转到下一步；
嘱患者握拳：提示嘱患者握拳，检测是否进行语音交互，检测并识别到握拳语音，若识别到握拳语音，控制患者点头，进入下一步；
消毒：提示进行消毒，检测棉签拿起，检测是否在模型手臂的穿刺位置进行消毒，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，检测消毒次数，判断是否达到设定次数，并记录，检测到消毒达到预定次数且消毒完成进入下一步；
穿刺：提示进行穿刺，检测仿真注射器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；
松止血带：提示松止血带，检测是否松止血带，检测松止血带的时机，若扎止血带的时长超过设定时长进行提醒，并记录，提示嘱患者松拳，检测并识别到松拳语音，若识别到松拳语音，进入下一步；
推注药液：提示推注药液，检测是否推注仿真注射器的活塞柱，检测推注速度，若推注速度不在设定范围内则进行提示，检测是否推注完全，若检测到推注完成则进入下一步；
按压拔针：提示拔出针头，检测是否拿出棉签按压穿刺点、是否拔出注射针，并记录，若检测到仿真注射器的针头已拔出、棉签已按压，则提示嘱咐患者按压，检测并识别是否嘱患者按压，并记录，若识别到按压嘱咐则进入下一步；
再次核对：提示再次核对患者信息，检测并语音识别，检测显示的注射卡上的手写输入，若核对、输入完成则进入下一步；
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所述的静脉注射智能训练方法，其特征在于，所述注射前准备包括：
抽取药液：提示检查药物，抽取所需的药液量，检测是否对仿真注射器进行抽取操作，检测抽取速度，显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，若动画显示处于抽取完状态则进入下一步；
排尽空气：提示排尽空气，检测是否进行推动仿真注射器的活塞柱操作，检测推动速度，若检测到仿真注射器的活塞柱推动操作则控制显示注射器中气泡被排除动画，若检测到推动速度过快或过慢则提示，若动画显示注射器中气泡被排出，则进入下一步；
核对解释：提示核对患者，检测语音并识别，若检测到询问患者姓名并识别成功后，患者回答是或回答姓名，进入下一步；
洗手准备：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液则进行洗手，洗手完成进入到扎止血带步骤。
3.根据权利要求2所述的静脉注射智能训练方法，其特征在于，所述抽取药液时根据仿真注射器的抽取操作、抽取速度控制显示装置显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，且显示抽取速度与检测到的仿真注射器的抽取速度相匹配。
4.根据权利要求1所述的静脉注射智能训练方法，其特征在于，所述用物选择步骤前还包括：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，若检测到用物齐备则跳过该步骤。
5.根据权利要求1所述的静脉注射智能训练方法，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。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的静脉注射智能训练方法，其特征在于，所述穿刺时通过仿真注射组件的回缩量检测进针深度，采用双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度；
所述双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度包括如下步骤：
关联：将特征靶粘贴在仿真注射组件相应位置，关联仿真注射组件与特征靶；
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注射组件；
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注射组件的空间位置，计算仿真注射组件的穿刺角度。
7.一种静脉注射智能训练系统，其特征在于，包括：主控设备、与所述主控模块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、模型手臂、与所述主控设备通信连接的显示装置、与所述主控模块连接并接受操作指令的手持终端、与所述主控模块通信并捕捉操作者操作的摄像头；所述器械盘上根据不同用物设置不同用于放置用物的用物位，所述用物位上设置有用物感应器，所述用物位相应位置上设置有用物选择按钮，所述用物包括：仿真器械、口罩、仿真洗手液、仿真药液瓶、棉签，所述仿真器械包括：与所述器械控制装置通信连接的仿真注射器，
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：手持终端显示模块选择界面，接收静脉注射模块选择指令，显示装置显示进入注射场景；
检验选择模块：提示选择检验项目，若接收到检验项目点击指令则手持终端显示相应的医嘱执行单，通过不同标签切换指令切换显示不同医嘱执行单，接收到确定指令连接到下一个模块；
核对医嘱模块：提示核对医嘱执行单和注射卡，手持终端接收到医嘱执行单点击指令，同时跳出相应的注射卡，控制手持终端显示医嘱执行单和注射卡，接收确定指令连接到下一个模块；
用物选择模块：提示进行用物选择，手持终端显示选择用物提示，显示装置显示物品准备间场景，接收器械盘中的用物选择指令，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，手持终端显示完成或确定指令，接收完成或确定指令连接到下一个模块；
护理准备模块：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液，控制手持终端显示七步洗手法进行洗手；洗手完成，提示进行戴口罩，摄像头检测操作者是否戴口罩，若检测到已佩戴口罩连接到下一个模块；
注射前准备模块：提示进行注射前准备，注射器准备完成连接到下一个模块；
扎止血带模块：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，检测到扎完止血带则连接到下一个模块；
选择静脉模块：提示选择合适的静脉，显示装置显示患者，手持终端显示静脉解剖图及相应的静脉的名称，持续设定时间后连接到下一个模块；
嘱患者握拳模块：提示嘱患者握拳，检测是否进行语音交互，检测并识别到握拳语音，若识别到握拳语音，显示患者点头，连接到下一个模块；
消毒模块：提示进行消毒，检测棉签拿起，检测是否在模型手臂的穿刺位置进行消毒，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，检测消毒次数，判断是否达到设定次数，并记录，检测到消毒达到预定次数且消毒完成连接到下一个模块；
穿刺模块：提示进行穿刺，控制显示装置显示患者头转向一侧，手持终端显示扎止血带计时，显示提示语；检测仿真注射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；
松止血带模块： 提示松止血带，检测是否松止血带，检测松止血带的时机，若扎止血带的时长超过设定时长进行提醒，控制显示装置显示患者头转向操作位，手持终端显示扎止血带计时结束，显示提示语，并记录，提示嘱患者松拳，检测并识别到松拳语音，若识别到松拳语音，连接到下一个模块；
推注药液模块：提示推注药液，检测是否推注仿真注射器的活塞柱，检测推注速度，若推注速度不在设定范围内则进行提示，检测是否推注完全，显示装置显示患者头朝向操作位，看着操作部位，若检测到推注完全则连接到下一个模块；
按压拔针模块：提示拔出针头，检测是否拿出棉签按压穿刺点、是否拔出注射针，并记录，若检测到仿真注射器的针头已拔出、棉签已按压，则提示嘱咐患者按压，检测并识别是否嘱患者按压，并记录，若识别到按压嘱咐则连接到下一个模块；
再次核对模块：提示再次核对患者信息，检测并语音识别，检测显示的注射卡上的手写输入；
术后处理模块：提示进行术后处理；
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。
8.根据权利要求7所述的静脉注射智能训练系统，其特征在于，所述注射前准备模块包括：抽取药液单元、排尽空气单元、核对解释单元、洗手准备单元；
抽取药液单元：提示检查药物，抽取所需的药液量，检测是否对仿真注射器进行抽取操作，检测抽取速度，显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，若动画显示处于抽取完状态则连接到下一个单元；
排尽空气单元：提示排尽空气，检测是否进行推动仿真注射器的活塞柱操作，检测推动速度，若检测到仿真注射器的活塞柱推动操作则控制显示注射器中气泡被排除动画，若检测到推动速度过快或过慢则提示，若动画显示注射器中气泡被排出，则连接到下一个单元；
核对解释单元：提示核对患者，检测语音并识别，若检测到询问患者姓名并识别成功后，患者回答是或回答姓名，连接到下一个单元；
洗手准备单元：提示进行洗手，检测是否按压仿真洗手液，若检测到按压仿真洗手液则进行洗手，洗手完成连接到扎止血带模块。
9.根据权利要求8所述的静脉注射智能训练系统，其特征在于，所述抽取药液单元中进行抽取药液时根据仿真注射器的抽取操作、抽取速度控制显示装置显示注射器抽取药液瓶中药液的动画，且显示抽取速度与检测到的仿真注射器的抽取速度相匹配；
所述器械控制装置中设置有与仿真注射器连接并驱动仿真注射器针头的回缩式反馈力组件，
所述用物选择模块前还连接有用物状态检测：手持终端显示用物检测界面，显示装置显示物品准备间场景，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，若检测到用物齐备则跳过。
10.根据权利要求7至9任一项所述的静脉注射智能训练系统，其特征在于，还包括：与所述主控模块通信连接的双目摄像头，所述仿真注射器为回缩针式注射器，所述穿刺模块通过仿真注射组件的回缩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注射组件的穿刺角度；
所述双目识别检测仿真注射组件的穿刺角度包括如下：
关联单元：将特征靶贴在仿真注射组件相应位置，关联仿真注射组件与特征靶；
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注射组件；
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注射组件的空间位置，计算仿真注射组件的穿刺角度。
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