CN111768686B - 一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型及其使用方法。所述模型包括人体基本结构子模型、阴道子模型、子宫子模型、开发电路板和扩展接口；子宫子模型、开发电路板和扩展接口固定在所述人体基本结构子模型上；扩展接口通过数据线连接至计算机终端。启动开发电路板，自动充气装置向子宫模型的外表面上附着的中空硅胶内部中充入填充物；多个压力传感器检测施加于硅胶表面的压力值；通过计算机终端中配置的压力软件配套系统判断压力值是否超过预定的压力阈值；如果是，则通过所述计算机终端发出警告。通过对使用者的操作做出对应反馈，本发明的技术方案能够起到帮助使用者练习操作手法、操作角度、器材用量的目的，提升模型实践练习的效果。
Description
技术领域
本发明属于医疗教学技术领域，尤其涉及一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型及其使用方法。
背景技术
官腔填塞是最传统的止血方法，有球囊和纱布填塞两种方式。球囊常适用于阴道分娩后出血的患者，剖宫产患者多采用纱布行宫腔填塞。宫腔内纱填塞止血多用于胎盘浅植入、局部渗血的患者。
宫腔填塞纱条控制产后出血是比较原始的止血方法，属于外科止血方法中的填塞压迫止血法，在临床工作中应用广泛。但是，填塞宫腔是非常谨慎的事情，一不小心就会酿制大祸。因此，临床上需要进行严格培训教学。
目前医疗教学行业中，医学院的老师在向医学生教授宫腔填塞时，通常通过理论讲解、模型演示、模型操作实验或实践操作演示的方式进行。
经检索，申请号为CN201810792797.1的中国发明专利申请提出一种宫腔纱条填塞教学模型，包括底座，底座上设有透明的模体，模体上涂有可逆热敏消色油墨，模体内设有宫腔，底座上设有加热器。当老师讲解时，学生可透过教学模型观察到子宫宫腔的具体结构和构造，当学生模拟对宫腔填塞时，本模型可屏蔽学生的视线，保证学生通过自己的学习经验来判断纱条的填塞是否正确。
发明人发现，现有技术类似方案在进行模型操作实验时，由于现有的模型只是对人体器官进行最基础的形状和结构还原，无法模拟实际在患者身上进行实践操作时患者的实际生理反应或相关表现，这样使得医学生模型上进行实验操作时，对操作手法、操作角度、器材用量等关键操作技术难以得到有效实践练习，限制了教学效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型及其使用方法。所述模型包括人体基本结构子模型、阴道子模型、子宫子模型、开发电路板和扩展接口；子宫子模型、开发电路板和扩展接口固定在所述人体基本结构子模型上；扩展接口通过数据线连接至计算机终端。启动开发电路板，自动充气装置向子宫模型的外表面上附着的中空硅胶内部中充入填充物；多个压力传感器检测施加于硅胶表面的压力值；通过计算机终端中配置的压力软件配套系统判断压力值是否超过预定的压力阈值；如果是，则通过所述计算机终端发出警告。通过对使用者的操作做出对应反馈，本发明的技术方案能够起到帮助使用者练习操作手法、操作角度、器材用量的目的，提升模型实践练习的效果。
具体来说，本申请的技术方案整体上概括如下：一种虚拟仿真实践模型，具有人体器官模型、传感器、开发电路板和配套的软件系统。人体器官模型上附着有硅胶表面，人体器官模型和硅胶表面之间设置有多个压力传感器，压力传感器连接到开发电路板上，电路板通过扩展接口连接到一台计算机上。压力传感器能感应到物体施加于硅胶表面的压力，并通过开发电路板将压力数据传输到模型所连接的计算机上。
为了进一步解决本发明所要解决的技术问题，本发明提供的虚拟仿真实践模型配套有计算机软件，使用者可以通过软件系统来设置各个压力传感器的压力数据阈值，当使用者在操作模型进行实验时，若操作者的手或器械对人体器官模型的某个部位施加的压力超过软件所设置的阈值，则软件发出警报，提示使用者操作错误。
具体而言，在本发明的第一个方面，提供一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型，所述虚拟仿真宫腔填塞模型包括人体基本结构子模型、阴道子模型、子宫子模型、开发电路板和扩展接口；
所述子宫子模型、所述开发电路板和所述扩展接口固定在所述人体基本结构子模型上；
所述扩展接口通过数据线连接至计算机终端；
所述阴道子模型为可拆卸的硅胶模型，嵌入至所述人体基本结构子模型的下方阴道位置，并使其在嵌入后与所述子宫子模型形成一个相连的中空腔体，以模拟人体阴道口到子宫的整体通道；
作为本发明的第一个优点，所述阴道子模型的内壁部分设置有多个压力传感器；
所述子宫子模型的外表面覆盖有可拆卸的中空硅胶，以模拟子宫外壁组织，模拟的子宫外壁组织内连接自动填充装置；
所述子宫子模型的内表面和子宫子模型的外表面的夹层部分设置有多个压力传感器；
所述多个压力传感器连接至所述开发电路板；所述计算机终端安装有压力软件配套系统，所述压力软件配套系统预先存储多个压力阈值。
作为本发明的再一个优点，所述自动填充装置由所述开发电路板控制。所述子宫子模型的两端分别设置有两个圆柱形突出；
所述子宫子模型的所述外表面上覆盖的中空硅胶两端分别设置有两个半径、间距相同的圆形通孔；所述圆柱形突出刚好通过所述圆形通孔。
在本发明的第二个方面，提供前述人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的使用方法，所述方法包括如下步骤：
S600：宫腔填塞实验操作开始，启动所述开发电路板，通过所述自动充气装置向子宫模型的外表面上附着的所述中空硅胶内部中充入填充物，使子宫模型的外表面膨胀松弛；
S601：使用者逐渐将填塞物置入子宫子模型；
S602：在步骤S601执行过程中，通过多个压力传感器检测施加于硅胶表面的压力值，并将所述压力值通过开发电路板基于扩展接口传输至计算机终端；
S603：通过所述计算机终端中配置的压力软件配套系统判断所述压力值是否超过预定的压力阈值；
如果是，则通过所述计算机终端发出警告，并在所述计算机终端的显示界面上显示超过预定压力阈值的压力在所述虚拟仿真宫腔填塞模型的产生位置，返回步骤S600；
如果否，返回步骤S601。
在上述技术方案中，所述计算机终端的所述压力软件配套系统包括可视化引擎，利用所述可视化引擎在所述计算机终端的显示界面上显示所述虚拟仿真宫腔填塞模型及所述多个压力传感器的位置。
本发明的技术方案中，由于人体器官模型的各个关键位置都可以设置压力传感器，并且可以根据人体生理真实情况来设置压力值阈值，因此使用者在进行实验操作时，虚拟仿真实践模型就会根据使用者的操作做出对应反馈，使使用者获得更加符合真实情况的操作体验，以起到帮助使用者练习操作手法、操作角度、器材用量的目的，提升模型实践练习的效果。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的模块架构图；
图2是图1所述模型的具体构造图；
图3-图4是图1所述模型的使用方法的不同实施例。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
参照图1是本发明一个实施例的人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的模块架构图。
图1中所述虚拟仿真宫腔填塞模型包括人体基本结构子模型、阴道子模型、子宫子模型、开发电路板和扩展接口。
所述子宫子模型、所述开发电路板和所述扩展接口固定在所述人体基本结构子模型上；所述扩展接口通过数据线连接至计算机终端。
所述计算机终端安装有压力软件配套系统，所述压力软件配套系统预先存储多个压力阈值。
在图1基础上，参见图2是图1所述模型的具体构造图。所述的虚拟仿真模型由人体基本结构子模型8、阴道子模型5、子宫子模型1、开发电路板6和扩展接口7组成。
所述阴道子模型5为可拆卸的硅胶模型，嵌入至所述人体基本结构子模型8的下方阴道位置，并使其在嵌入后与所述子宫子模型1形成一个相连的中空腔体，以模拟人体阴道口到子宫的整体通道；所述阴道子模型的内壁部分设置有多个压力传感器；
子宫子模型1通过固定板4固定在人体基本结构子模型8上，阴道子模型5是一个单独制作的硅胶模型，嵌入在人体基本结构子模型8的下方阴道位置，并使其在嵌入后与子宫子模型1形成一个相连的中空腔体，以模拟人体阴道口到子宫的整体通道，阴道子模型内壁部分也设置有多个压力传感器，通过线路连接在开发电路板6上，压力传感器的个数可根据需求而改变。
子宫子模型的内表面2覆盖着一层硅胶，以模拟子宫的内壁组织，子宫子模型的内表面2和子宫模型的外表面3的夹层部分设置有多个压力传感器，通过线路连接在开发电路板6上，压力传感器的个数可根据需求而改变。
子宫子模型的外表面3上也覆盖有一层可拆卸的中空的硅胶，以模拟子宫外壁组织，模拟的子宫外壁组织内连接有一个由开发电路板6控制的自动填充装置。同时，子宫子模型1的两端分别设置有两个圆柱形突出9，而子宫子模型外表面3上覆盖的中空硅胶两端也分别设置有两个半径、间距相同的圆形通孔，圆柱形9可以刚好通过圆形通孔，以达到固定子宫模型的外表面3上覆盖的中空的硅胶的目的。
所述人体基本结构子模型8内部由泡沫胶体填充，并在所述体基本结构子模型外表面覆盖一层硅胶，以模拟人体表皮。
图3-图4是图1所述模型的使用方法的不同实施例。
参见图3，所述方法包括如下步骤S600-S603，各个步骤具体实现如下：
S600：宫腔填塞实验操作开始，启动所述开发电路板，通过所述自动充气装置向子宫模型的外表面上附着的所述中空硅胶内部中充入填充物，使子宫模型的外表面膨胀松弛；
S601：使用者逐渐将填塞物置入子宫子模型；
S602：在步骤S601执行过程中，通过多个压力传感器检测施加于硅胶表面的压力值，并将所述压力值通过开发电路板基于扩展接口传输至计算机终端；
S603：通过所述计算机终端中配置的压力软件配套系统判断所述压力值是否超过预定的压力阈值；
如果是，则通过所述计算机终端发出警告，并在所述计算机终端的显示界面上显示超过预定压力阈值的压力在所述虚拟仿真宫腔填塞模型的产生位置，返回步骤S600；
如果否，返回步骤S601。
作为再一个优选的实施例，操作者在填塞过程中，若操作失误使任意压力传感器受到的压力值超过阈值，则计算机终端发出警告并记录错误次数，但不需要返回步骤S600，即操作者可继续进行操作；
本实施例中，填塞操作失误类型包含两种，一是操作过程中不慎使用过大力度触及子宫壁，这种操作失误不需补救处理，可直接继续操作；二是塞入过多填塞物，使子宫壁受到的压力过大，此时需要操作者取出多余的填塞物，否则会一直收到错误警告；
在图3中，所述步骤S603中所述压力值超过预定的压力阈值，具体包括：
所述多个压力传感器检测施加于硅胶表面的多个压力值之一超过预定压力阈值。
在某些操作失误的情况下，可能使多个压力传感器所检测到的多个压力值都超过阈值；即所述多个压力传感器检测施加于硅胶表面的多个压力值中的至少一个超过预定压力阈值，即触发条件。
所述步骤S603中检测到所述压力值超过预定的压力阈值之后，在返回步骤S600之前，所述步骤还包括：
清除所述中空硅胶内部中的填充物，使得所述虚拟仿真宫腔填塞模型恢复初始状态。
在另一个实施例中，当宫腔填塞实验操作开始时，开发电路板6会通过自动充气装置向子宫模型的外表面3上附着的中空硅胶内部中充入一定量的填充物，使子宫模型的外表面3膨胀松弛，以模拟孕妇产后子宫未收缩出血时的松弛状态，之后随着使用者逐渐将填塞物置入子宫模型1直到填塞物充满子宫模型1和阴道模型5共同组成的空腔，子宫模型的内表面2附着的硅胶下方的压力传感器受到的压力增大，开发电路板6就会在所连接的电脑的配套软件系统的指示下，逐渐抽走子宫模型的外表面3上覆盖的中空硅胶内的填充物，以模拟子宫内流血逐渐减少后，子宫收缩的状态。
当使用者在将填塞物置入子宫模型1直到填塞物充满子宫模型1和阴道模型5共同组成的空腔时，若角度不对、力度过大或填塞太满，就会使子宫模型的内表面2下方的设置压力传感器或阴道模型5内壁设置的压力传感器受到的压力超过配套软件系统上所设置的压力数据阈值，使软件系统发出错误警告。
上述过程也可以参见图4所述的流程图。
在上述实施例中，所述计算机终端的所述压力软件配套系统包括可视化引擎，利用所述可视化引擎在所述计算机终端的显示界面上显示所述虚拟仿真宫腔填塞模型及所述多个压力传感器的位置。
作为更进一步的优选，通过所述计算机终端中配置的压力软件配套系统判断所述压力值是否超过预定的压力阈值；
如果是，则通过所述计算机终端发出警告，并在所述计算机终端的显示界面上显示超过预定压力阈值的压力在所述虚拟仿真宫腔填塞模型的产生位置，以及对应位置的标准压力值、当前应当采取的正确的操作手法、操作角度、器材用量等参数。
所述开发电路板还连接有抽取装置，所述抽取装置在所述开发电路板的控制下，逐渐抽走子宫子模型的外表面上覆盖的中空硅胶内的填充物。
本发明提供的虚拟仿真实践模型配套有计算机软件，使用者可以通过软件系统来设置各个压力传感器的压力数据阈值，当使用者在操作模型进行实验时，若操作者的手或器械对人体器官模型的某个部位施加的压力超过软件所设置的阈值，则软件发出警报，提示使用者操作错误。
采用这样的设计后，由于人体器官模型的各个关键位置都可以设置压力传感器，并且可以根据人体生理真实情况来设置压力值阈值，因此使用者在进行实验操作时，虚拟仿真实践模型就会根据使用者的操作做出对应反馈，使使用者获得更加符合真实情况的操作体验，以起到帮助使用者练习操作手法、操作角度、器材用量的目的，提升模型实践练习的效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型，所述虚拟仿真宫腔填塞模型包括人体基本结构子模型、阴道子模型、子宫子模型、开发电路板和扩展接口；
其特征在于：
所述子宫子模型、所述开发电路板和所述扩展接口固定在所述人体基本结构子模型上；
所述扩展接口通过数据线连接至计算机终端；
所述阴道子模型为可拆卸的硅胶模型，嵌入至所述人体基本结构子模型的下方阴道位置，并使其在嵌入后与所述子宫子模型形成一个相连的中空腔体，以模拟人体阴道口到子宫的整体通道；
所述阴道子模型的内壁部分设置有多个压力传感器；
所述子宫子模型的外表面覆盖有可拆卸的中空硅胶，以模拟子宫外壁组织，模拟的子宫外壁组织内连接自动填充装置；
所述子宫子模型的内表面和子宫子模型的外表面的夹层部分设置有多个压力传感器；
所述多个压力传感器连接至所述开发电路板；
其中，所述计算机终端配置压力软件配套系统；
所述压力软件配套系统包括可视化引擎；
通过所述多个压力传感器检测施加于硅胶表面的压力值，并将所述压力值通过开发电路板基于扩展接口传输至计算机终端；
通过所述计算机终端中配置的压力软件配套系统判断所述压力值是否超过预定的压力阈值；
如果是，则通过所述计算机终端发出警告，并在所述计算机终端的显示界面上显示超过预定压力阈值的压力在所述虚拟仿真宫腔填塞模型的产生位置；
利用所述可视化引擎在所述计算机终端的显示界面上显示所述虚拟仿真宫腔填塞模型及所述多个压力传感器的位置。
2.如权利要求1所述的虚拟仿真宫腔填塞模型，其特征在于：
所述自动填充装置由所述开发电路板控制。
3.如权利要求1所述的虚拟仿真宫腔填塞模型，其特征在于：
所述子宫子模型的两端分别设置有两个圆柱形突出；
所述子宫子模型的所述外表面上覆盖的中空硅胶两端分别设置有两个半径、间距相同的圆形通孔；所述圆柱形突出刚好通过所述圆形通孔。
4.如权利要求1所述的虚拟仿真宫腔填塞模型，其特征在于：
所述人体基本结构子模型内部由泡沫胶体填充，并在所述人 体基本结构子模型外表面覆盖一层硅胶，以模拟人体表皮。
5.如权利要求1-4任一项所述的虚拟仿真宫腔填塞模型，其特征在于：
所述计算机终端安装有压力软件配套系统，所述压力软件配套系统预先存储多个压力阈值。
6.一种权利要求1-5任一项所述的人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S600：宫腔填塞实验操作开始，启动所述开发电路板，通过自动充气装置向子宫模型的外表面上附着的所述中空硅胶内部中充入填充物，使子宫模型的外表面膨胀松弛；
S601：使用者逐渐将填塞物置入子宫子模型；
S602：在步骤S601执行过程中，通过多个压力传感器检测施加于硅胶表面的压力值，并将所述压力值通过开发电路板基于扩展接口传输至计算机终端；
S603：通过所述计算机终端中配置的压力软件配套系统判断所述压力值是否超过预定的压力阈值；
如果是，则通过所述计算机终端发出警告，并在所述计算机终端的显示界面上显示超过预定压力阈值的压力在所述虚拟仿真宫腔填塞模型的产生位置，返回步骤S600；
如果否，返回步骤S601。
7.如权利要求6所述的一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的使用方法，其特征在于：
所述步骤S603中所述压力值超过预定的压力阈值，具体包括：
所述多个压力传感器检测到的施加于硅胶表面的多个压力值中的至少一个超过预定压力阈值。
8.如权利要求6或7所述的一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的使用方法，其特征在于：
所述步骤S603中检测到所述压力值超过预定的压力阈值之后，在返回步骤S600之前，所述步骤还包括：
清除所述中空硅胶内部中的填充物，使得所述虚拟仿真宫腔填塞模型恢复初始状态。
9.如权利要求6或7所述的一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的使用方法，其特征在于：
所述计算机终端的所述压力软件配套系统包括可视化引擎，利用所述可视化引擎在所述计算机终端的显示界面上显示所述虚拟仿真宫腔填塞模型及所述多个压力传感器的位置。
10.如权利要求6或7所述的一种人机交互的虚拟仿真宫腔填塞模型的使用方法，其特征在于：
所述开发电路板还连接有抽取装置，所述抽取装置在所述开发电路板的控制下，逐渐抽走子宫子模型的外表面上覆盖的中空硅胶内的填充物。
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