CN111915943A - 无人化公众护理、急救培训系统及培训方法 - Google Patents

Abstract

本发明是针对采用现有技术应急救护培训的时间场地受到限制，不能对公众提供专业、系统有效的应急救护培训的不足，提供一种无人化公众护理、急救培训系统及培训方法，培训系统包括训练舱、身份识别系统、训练系统、动作识别系统和控制系统，培训方法采用医学教学模拟人进行训练，采用视频教学系统示范操作规范，通过身份识别系统识别受训者的身份信息并确认其具有受训的权限，采用本发明的无人化公众护理、急救培训系统及培训方法，有利于教学质量的提高，可保证操作人员操作训练的准确性，实现了医学教学的无人化和智能化，可为提供智慧化医学教学管理平台提供基础方法，可实现医学教学培养和急救员资格网络认证。

Description

无人化公众护理、急救培训系统及培训方法

技术领域

本发明涉及医学教学培训考核系统及培训方法，特别是针对公众护理员急救员的培训考核系统及培训方法。

背景技术

应急救护是一项利民利国的大事，是应对事故灾难、保护生命健康的有效手段，公众的应急救护能力培养是解决目前我国公共安全形势严峻的手段，但目前，我国仅针对医生、医学院在校学生提供比较专业的系统的应急救护培养和培训，对于公众仅在驾照考试等考核时才给予一些常识性的培训，在培训时仅是教师进行示范演习，学员没有机会进行实际操作，因此，不能学到真正的救护知识和手法。在医学教学培训中，通常采用医学教学模拟人进行医学教学培训，学员利用医学教学模拟人进行训练，指导老师对学员的操作进行评价，采用上述教学培训方法，受训人员需在医学院、医院等特定场所接受训练，且有教师的指导，使得学员学习的时间受到限制，且由于需教师指导操作，因此，每个学员学习的时间比较少，实际操作的时间更少，而公众不可能接受到专业的有效的培训。因此，探索一种新的应急救护培训方法、向公众提供一种新型的应急救护培训设施，使公众能在想训练时就训练是当务之急。

发明内容

本发明的目的是，针对采用现有技术应急救护培训设施和培训方法进行培训时时间场地受到限制，不能对公众提供专业、系统有效的应急救护培训的不足，提供一种无人化公众护理、急救培训系统及培训方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种无人化公众护理、急救培训系统，包括训练舱、身份识别系统、训练系统、动作识别系统和控制系统；

所述身份识别系统识别受训人员的身份，并将确认结果上传到控制系统，所述人员经身份确认有权限接受培训的方可进行培训；

所述训练系统包括模拟人系统和教学系统，所述模拟人系统包括动作检测模块和模拟人，所述动作检测模块包括数据采集装置和控制模块，所述数据采集装置设置有传感器，传感器设置在所述模拟人上，由所述传感器检测学员在动作关键点处的动作的符合程度，并向控制模块发送信号，控制模块对接收到的信号进行处理向教学系统发送信号，并存储检测到的信息；教学系统包括展示教学内容的教学内容展示设备和教学软件，学员按展示的教学内容训练操作，教学内容展示设备接收所述控制模块的信号；

所述动作识别系统包括影像采集装置、动作分析识别模块，影像采集装置与控制系统电连接，动作识别分析模块对影像采集装置采集的学员的动作影像进行分析识别，判断其符合标准的程度，并存储采集的影像、识别结果和对比结果；

教学系统按接收到控制模块的信息类型或动作识别系统的识别和对比结果展示教学内容；

所述模拟人、所述影像采集装置、所述训练系统设置在所述训练舱内。

包括评价系统，所述评价系统包括检测电路和评价模块，所述评价模块中设置有评价标准，检测电路与所述传感器电连接，据采集到的传感器的信号对每个操作动作达到的程度进行检测，并将检测结果发送给控制模块，控制模块据检测电路的检测结果向评价系统发送特定的信息，动作识别模块向评价系统发送识别结果和对比结果，由评价系统据评价结果、识别结果和对比结果对受训人员的操作情况给出评价/或由分级评价系统据评价结果、识别结果和对比结果对受训人员的操作情况给出分级评价；

所述的训练舱为封闭式管理的空间，设置有门，门上设置电子锁，电子锁与门禁系统电连接，所述门禁系统与控制系统通信连接，或者所述训练舱为可移动式的封闭式管理的空间，设置有无线通讯网络模块和用于确定其位置的定位系统，所述身份识别系统为人脸识别系统，设置有实时身份管理模块，实时获取操作者面部信息并进行识别认证，上传到控制系统；

所述教学系统为分步引导式教学系统，所述的教学内容展示设备为视频播放系统，所述控制模块据收到到的信息类型控制所述视频播放系统分步播放。

无人化公众护理、急救培训方法，采用医学教学模拟人进行训练，采用视频教学系统示范操作规范，通过身份识别系统识别受训者的身份信息并确认其具有受训的权限，通过数据采集装置采集受训者在动作关键点的操作数据和/或操作姿态，采集到的操作数据和/或操作姿态与预先保存的标准数据进行比对分析，自动生成该受训者的评判结果，保存受训者的身份信息和相应的评判结果，所述的标准数据为图像和/或数字参数；

通过医学教学模拟人身上设置的数据采集装置采集受训者在动作关键点的操作动作数据并上传给控制系统，通过影像采集装置采集受训者在动作关键点的姿态影像并上传给控制系统，由控制系统将接收到的操作动作数据与姿态影像与预先保存的标准数据进行比对；

由控制系统对受训者进行身份验证并对操作动作数据和姿态信息进行统计分析和评价，据设定的评判标准对受训者的操作动作进行分级评价；

对受训者进行施教时采用分步引导式教学，将操作规范标准进行步骤分解，通过视频演示和语音提示相结合一步一步引导受训者进行训练操作，记录每步的操作动作行，并对每步操作情况进行评价，每步操作符合规范后方可进入到下一步的训练操作；

根据受训者的操作数据进行判断，对于完成各步训练内容的受训者给予资格认证或合格判定、生成网络认证信息，网络认证信息在控制系统保存，并可登录查询；

所述培训考核在移动式训练舱内进行，受训人员通过定位系统获得训练舱的位置信息。

采用本发明的无人化公众护理、急救培训系统，只有符合要求的人员才能进入到训练舱内接授操作培训，由动作检测模块和动作识别系统共同对操作人员的操作情况进行检测识别，教学系统据检测模块检测到的传感器的信息和/或动作识别系统的识别结果确定是否展示下一步操作内容并按确定的结果播放教学内容，因此可在无人教学的情况下通过检测模块和/或动作识别系统对学员的操作情况进行分析，教学系统据分析结果自动引导学员分步进行操作训练，使学员逐步掌握操作要领，并有序地进行操作训练，既达到了无人化智能化地教学的目的，又有利于教学质量的提高；本发明的教学培训系统可同时对操作人员的操作姿态和操作位置进行采集，可保证操作人员操作训练的准确性，对学员的操作动作情况进行检测。

采用本发明提供的无人化公众护理、急救培训方法，可实现线上教学、评价、线下操作培训，实现了医学教学的无人化和智能化，可为提供智慧化医学教学管理平台提供基础方法。采用本发明方法为实现医学教学资格网上在线培训和急救员资格认证提供了基础，通过本发明方法与资格认证系统相结合可实现医学教学培养和急救员资格网络认证。

附图说明

图1为采用人脸识别系统进行身份识别确认的流程图；

图2动作识别系统流程图实施例；

图3为引导式教学系统流程图实施例；

图4为自动评分系统流程图实施例；

图5为按压位置检测电路实施例；

图6为按压深度检测电路实施例；

图7为IT236输出信号波形；

图8为按压深度测量数据曲线部分截图；

图9为吹气量测量电路实施例；

图10为气道开放检测电路

图11为心脏胸外按压训练装置实施例结构示意图；

图12为主控单元与身份识别系统和动作识别系统连接原理结构示意图；

图13移动方舱实施例结构示意图；

图14是图13内部结构示意图；

图15吹气量数据曲线。

附图标记说明

100、架体； 101、胸骨支撑座； 102、底板；

200、托板； 201、轴一；

300、复位机构； 301、前支撑座； 302、后支撑座； 303、滑轨； 304、滑块； 305、连杆；308、复位件；

400、测量装置； 401、光栅尺； 402、光电开关；

505、剑突；10、舱体；11、门；12、门禁系统；13、监控摄像头 20、模拟人；30、动作采集装置；40教学内容展示设备； 60、交换机/路由器；70、定位系统； 90、车体；91、牵引连接装置；92、承重支腿。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地描述：

如图1-11所示，本发明的一种无人化公众护理、急救培训系统,包括训练舱、身份识别系统、动作识别系统、训练系统和控制系统。

训练舱是提供训练设施的场所,并非指训练的空间为舱的形状。它指一个容纳人员培训的空间，它可是任意的空间形状，可以是一个开放式的空间，允许人员自由进出，也可以是一个封闭式的管理空间，只允许附合特定条件的人员进入到此空间内。当训练舱为封闭式的管理空间时，在训练舱的大门处设置门锁，通过门禁系统控制门锁的开启与闭合，控制人员进出。门禁系统与控制系统电信号连接。当然，为了受训人员的舒适性，可以设置窗户。

身份识别系统对进入训练舱的人员进行身份识别和确认。身份识别系统将采集到的人员信息与数据库中存储的信息进行比对，确认人员是否可以接受训练。对于可接受训练的人员附于相应的权限。该权限可以是进入训练舱的权限，也可以是可以使用训练舱内的设备的权限，视具体的设置而定，目的是防止不具备操作资格的人员进行训练操作。

身份识别系统可采用人脸识别系统、密码登陆系统、验证码登录系统等，采用身份识别系统对进入训练舱内接受训练的人员进行身份识别和确认，并将确认结果上传到控制系统。最好进行随机身份确认。

本发明中身份识别系统优选采用人脸识别系统，对即将进入训练舱内训练的人员进行身份识别，当人员符合要求的条件时控制系统控制门锁开启，人员方可进入到训练舱内进行训练操作，当人员不符合条件时无法进入训练舱内进行训练操作。预先将人员信息录入到数据库中，身份识别系统发送的人员信息与数据库中存储的人员信息进行比对，和存储的人员信息相符时控制系统向门禁系统发出指令，门锁开启，准许人员进入到训练仓内未录入到数据库的人员不具备进入训练舱接受训练的权限。本人脸身份识别系统包括采集人员面部信息的摄像机一、人脸识别软件，摄像机一设置在训练舱的门外，可以与门禁系统集成在一起。图1示出了采用人脸识别系统进行身份识别确认的流程图，启动视频识别系统，摄像机一采集人员面部信息,采用面部识别程序与系统数据库中录入的面部信息对比，进行身份识别，识别结果上传到控制系统。

数据库设置在控制系统的存储器内。对于数据库中存在的人员,进入训练舱前管理员进行人工识别或自动识别,防止其他人员混入，同时赋于进入训练舱的权限。这样便于对训练人员进行管理。

准许的方式可以有多种，比如设置进入训练舱内人员的权限，只有经过了理论测试的人员方可进入到训练舱内进行实际操作训练。也可以是在模拟人身上设置权限，只有通过理论测试的人员方可开启模拟人身上的检测装置和/或视频播放和/或语音提示。这样，训练舱可以是开放式的管理空间。

身份识别系统识别到符合要求的人员信息后整个系统进入到工作状态。正常工作状态下，控制系统随机向身份识别系统下发视频识别命令，此命令 被称作中央控制指令,以检测训练舱内部的人员的身份信息，人脸识别系统设置有实时身份管理模块，实时获取操作者面部信息并进行识别认证，上传到控制系统。视频识别命令可以由程序自动下发,也可以由管理员手动下发。

动作识别系统的主要功能是对训练舱内人员的动作行为进行分析,并将分析结果发送给评价系统。主要由视频识别系统完成。如图2所示，为基于视频识别系统的动作识别流程图，在训练开始时，启动视频识别系统，待动作完成后动作识别分析模块分析动作并与预先存储的设定行为对比对动作进行识别，存储识别结果和对比结果，当所有动作完成后向控制系统上传动作识别结果和对比结果。也可仅上传动作识别结果。

如图12所示，本发明实施例中采用摄像机一、摄像机二和数字硬盘录像机加装硬盘存储介质作为身份识别系统和动作识别系统的硬件，采用面部识别程序作为身份识别的软件，采用CPU作为处理器，数字硬盘录像机与摄像机二和摄像机一分别连接，将录入的视频存储在数字硬盘录像机内并进行信号转换，转换的信号经由控制系统与CPU连接，摄像机一和摄像机二共用数字硬盘录像机，摄像机一和摄像机二分别通过数字硬盘录像机与控制系统电连接，对进入训练舱内的人员进行录像、人脸识别和动作识别，记录的视频图像都存储在本地录像系统中。录像功能直接采用数字硬盘录像机加装硬盘存储介质，对训练舱内的景象进行录像。摄像机一位于外部通常称为外部摄像机，负责人脸识别中对人员面部信息进行采集，摄像机二位于训练舱内部，通常称为内部摄像机，负责对学员的动作姿态信息进行采集。控制系统可以对记录内容进行读取。采用动作识别程序对动作进行分析识别。本发明中优选采用Kinect设备作为动作识别系统，摄像机二采用Kinect体感设备自备的RGB彩色摄像头，通过Kinect体感设备对人员的动作姿态进行图像采集、分析、识别和判断，从而判定人员操作动作的姿态的规范程度或标准程度，比如手臂的伸直度的规范程度、按压垂直度的标准程度。其配置实例如下：机算机一台，其操作系统为Windows 8.1 SP1、内存为8.00GB、处理器为主频为 3.60GHz的 I7 CPU，每个模拟人对应设置一第二代 Kinect体感设备、内置Visual Studio 2013 Expres软件开发平台， Kinect for Windows SDK 2.0 开发框架， OpenCV 2.4.8 开源库 [57-61] ，ACCESS 2013 数据库。

训练系统对进入训练舱内的人员进行训练和测试。包括教学系统、评价系统和模拟人系统。

模拟人系统包括根据训练要求提供的相关模拟人和检测动作程度是否符合规定标准的动作检测模块。动作检测模块包括数据采集装置和控制模块，数据采集装置设置有传感器，传感器设置在模拟人上，教学系统中具备若干个动作关键点，每个动作关键点均作为检测点,每个动作关键点的操作动作是否符合要求均由传感器进行检测，由传感器检测每个动作达到要求的程度，当动作达到设定要求时传感器按动作符合要求的程度向控制模块发送不同的信号，控制模块对收到的数据进行处理，将处理后的数据上传到控制系统，并据收到的指定的信号类型,向教学系统发送播放或者暂停播放命令，同时人员进行下一步操作,直到整个训练动作完成。整个训练过程达到引导学员逐步进行训练的目的。控制模块可通过有线或无线的方式与控制系统进行通信。

需要说明的是，该动作关键点并非狭义的某个点，而是在医学操作中决定操作是否符合规范的操作要点。训练的目的不同，动作关键点不同。比如，在心肺复苏急救中，施救者对于病人的急救操作需符合规范，比如对于胸外按压的位置、按压的深度、按压的速率、按压垂直力、按压姿势、手形以及人工呼吸的吹气量、吹气速率等均具有要求，则胸外按压的位置是位置类的动作关键点，学员施术过程中按压的位置必须正确，该关键点需检测学员施术的位置是否正确，而按压的深度、按压的速率、按压垂直力、以及人工呼吸的吹气量、吹气频次均为心肺复苏术中需要符合标准的项目，这些项目以数据的形式体现，为数据类的动作关键点，按压姿势、手形是操作的姿态，是姿态类的动作关键点。数据类的动作关键点中对于传感器的设置原则是在模拟人的相关部位设置传感器，以检测模拟人的器官的位置变化数据或操作人的操作数据，比如检测胸外按压的深度、速率时通过光栅检测，其具体设置位置据设计者的具体设计方案而定，检测按压垂直力时采用压力传感器进行检测，检测到的数据均传送给控制模块，由控制模块进行处理。又比如，在外伤急救操作中，对于止血操作时绷带的位置和力度具有要求，则绷带的位置和力度均为动作关键点，需要用传感器进行检测，再比如，对于骨折固定术中对固定位置和固定力度均有要求，则二者为动作关键点，固定位置是位置类的动作关键点，固定力度是数据类的动作关键点。本发明中，是否达到要求的程度包括操作位置是否正确，操作姿态、手势、顺序、节凑等是否符合要求，比如，在心肺复苏急救中，对于按压位置有具体的要求，需在人体的胸骨处实施按压，则胸骨位置为检测点，在胸骨设置压力开关，按压到正确位置时压力开关闭合，压力开关向控制模块发出信号，由控制模块进行识别、处理，当施术者按压到压力开关时被认为是达到要求的程度，由控制模块发出符合信号，也可在胸骨处设置多个压力开关，按不同位置的压力开关设定操作位置的符合程度，当控制模块收到不同位置的压力开关的信号时按位置按位置的准确程度发送不同的信号，再比如，在打开气道的操作中，需使耳垂与下颌角的连线和病人仰卧的平面垂直，气道方可开放，在模拟人头骨后部与颈部接合处固定安装一接触式开关，当病人的气道打开时开关闭合，则证明检测到学员打开气道的程度否符合要求，则控制模块发送符合要求的信号。再比如，包扎急救中需将绷带绑在伤口的周围，如果是动脉出血，绷带需绑在近心端，因此，传感器设置在伤口的周围，如果是动脉出血，在近心端设置传感器，如果是普通伤口在伤口周围设置传感器即可，绷带的包扎需有一定的力度和时间，由压力传感器检测是否受到压力，受到压力则说明绷带位置正确，传感器检测受到压力的大小，当受到压力符合标准数据中存储的要求时，则说明操作动作达到要求的程度，控制模块据压力符合的程度发送不同的信号。再比如，骨折固定术中，对于固定位置有具体的要求，比如当小腿骨折时，需在踝关节和膝关节外侧固定，具体位置看具体的伤情，据具体伤情布置传感器位置，设定标准力度和时间，则当传感器检测到有压力且压力符合标准时，说明骨折固定术操作达到要求的程度。可以据不同的施救术设置检测点，设置传感器对学员的操作情况进行检测，学员操作的动作关键点都会被传感器检测到。本发明中优选法意公司出品的 STM32F4 系列的CPU。

教学系统主要训练受训人员如何进行相关的操作，通过展示教学内容，对学员进行动作示范和操作提示指导受训人员进行操作训练。包括教学展示设备和教学软件，通过教学展示设备展示教学软件上的教学内容，并按控制模块的指令对教学内容进行展示。

本发明中优选采用录像教程加语音提示的教学模式进行教学展示，对学员进行相关训练。采用视频播放系统作为教学展示设备，按控制模块的指令播放视频、进行语音提示或停止播放视频、语音提示。视频播放系统中存储有多个教学模块，可以根据教学内容播放不同的教学视频录像,同时进行关键步骤语音提示.也可以手动关闭有语音提示。本发明中优选采用引导式教学系统进行教学，教学内容设置成多个环节，将每个操作步骤作为一个教学环节，当完成本环节的训练内容且训练动作符合标准后，系统进入下一个训练环节，视频播放系统与控制模块电信号连接，每个环节受控制模块控制，控制模块控制视频播放系统播放和停止。数据检测装置据检测到的动作符合达到要求的不同程度发送不同类型的信号，数据检测装置检测到的动作符合达到设定要求时，传感器向控制模块发送指定的信号，控制模块据收到的信号的类型按协议向视频播放系统发送播放或者暂停命令，由视频播放系统播放下一视频或反复播放视频，直到学员操作达到合格，整个训练动作完成。如图3给出了引导式教学系统流程图。

教学系统中最好设置评价系统，该评价系统是针对学员所进行的训练项目的训练结果进行测验用的测试系统，包括对比数据库，由对比数据库进行对比判断，由评价系统据对比数据库的对比结果对学员的操作进行分析判定,最后根据设定的标准对动作关键点的操作进行综合评定。包括检测电路和评价软件，每个训练项目都具有相应的评价标准，在评价软件中存储有评价标准，检测电路与各传感器电连接，据采集到的传感器的信号对每个操作动作达到的程度进行检测，并将检测结果发送给控制模块，由控制模块检测电路的检测结果采集数据并进行数据处理，并通过控制模块向评价系统上传结果。每个训练项目都具有相应的评价标准,每个动作达到的程度由相应的检测电路检测，根据检测电路的判定结果,每个训练系统的控制模块都会采集数据并进行处理，比如在心肺复苏训练中采集按压深度数据、按压频率、按压位置，采集到的数据换算成协议数据后再与评价系统中的标准数据进行比对。当训练完成后,控制模块采集自开始训练到训练完毕的整套检测数据,再根据标准数据进行判定,得出最后的评价结构,最后将数据上传到控制系统进行存贮.每个训练项目都具备相应的训练子系统,各个子系统的控制模块都可以与控制系统进行通讯。

本系统中评价软件采用自动评分软件，预先对操作符合标准的程度设置不同的分数，据检测结构与标准进行对比，给出相应的分数。比如，在胸外按压操作步骤中，针对不同的胸外按压的位置给出了不同的分值，当按压到该位置的传感器时系统据此传感器所处位置所对应的分值给出评分。

本系统对于训练系统检测到的动作数据和动作识别系统识别的动作姿态综合进行评定。图4示出了自动评分系统流程图实施例：

评价系统可以采用如下结构，包括标准数据存储模块、数据检测模块、数据分析模块及评分模块，标准数据存储模块内存储有预先存储的标准数据，数据检测模块由检测电路组成，由检测电路检测数据采集模块采集到的数据并进行判定，控制模块据检测电路的判定结果采集数据并进行处理，评分模块依据操作的符合程度划分评分标准，通过数据分析模块将控制模块采集到的操作动作数据与标准数据比较判断操作的符合程度，评分模块据操作的符合程度及划分的评分标准给出评价，操作数据采集模块采集到的操作数据、评分模块给出的评分结果分别发送给控制系统，由控制系统进行存储。再据标准数据进行判定，得出评判结果，每个训练项目设置对应的训练子系统，各个子系统的控制模块与控制系统通讯。

本发明中更进一步的方法中，在主控系统中存储有操作者的个人档案信息，通过身份识别系统识别受训人员的身份信息并与个人档案信息进行比对进行操作人员身份识别，评价系统给出的评分及检测模块和动作识别模块检测到的操作结果均记录到个人信息系统中生成档案，主控系统据查询到的历史操作考核记录依据评价评判标准生成网络认征信息，并向受训者发送急救员认证信息。

通过“实时动态人脸识别技术”生成身份验证文件，系统自动与个人档案信息进行比对，验证受训人员身份的真实性。系统自动查询历史操作、考核记录，依据网络认证评判标准自动生成网络认证信息，并向受训者发送急救员资格网络认证结果。也可登录资格认证管理系统通过身份证号码查询相关认证信息。

训练舱是学员接受培训的场地和空间，其形状和结构不拘泥于舱的结构和形状，仅是为了称呼方便而作的称谓。训练用的模拟人、视频播放设备、动作识别系统用的摄像机二均设置在训练舱内。最好在训练舱设置门和电子门锁，门锁由门禁系统控制，门禁系统与控制系统通信连接。本专利中优选人脸识别门禁系统，包括摄像机一、电子门锁和控制软件，识别到人员有权限进入时，门禁系统开启电子锁，人员进入到训练舱内后，门关闭。

Kinect 传感器放置于距离胸外按压模拟病人胸外按压点2米处，高度与模拟病人平齐，使 Kinect 的视觉中心线与模拟人水平线垂直。

模拟人系统、教学内容展示设备40均设置在训练舱内，教学内容展示设备40、传感器分别与控制模块电信号连接，控制模块与控制系统电连接。由身份识别系统识别受训者的身份并确认。

训练舱优选可移动式，包括舱体10和车体90，车体设置有底盘和车轮，舱体设置在车体上，在舱体内设置模拟人20和教学内容展示设备40，教学内容展示设备和模拟人身上设置的传感器分别与控制系统电连接，舱体设置有供进入的门11，门上设置电子锁，摄像机一的监控摄像头13设置在舱体外与门禁系统12电信号连接，电子锁与门禁系统电信号连接，两个Kinect 传感器作为动作采集装置30设置在舱体壁上，据不同的教学内容配置不同的模拟人，也可以一个训练舱内设置多个教学训练用的模拟人20，则每个模拟人配备两个Kinect 传感器。在车体的前方或后方设置有牵引连接装置91，通过牵引连接装置与牵引车连接或分离，在底盘下方的前后两端分别有承重支腿92，承重支腿下端低于车轮接地端设置，这样，当训练舱与牵引车分离后可以通过安装在底盘上的承重支腿独立支撑。

Kinect 传感器的高度因模拟人的类型不同而不同，传感器放置于距离操作位置的1.5-3米处，最好是2米处，高度与模拟病人平齐，使 Kinect 的视觉中心线与模拟人水平线垂直。

教学内容展示设备通常采用视频播放设备，视频播放设备的显示器、电脑设置在距离急救训练模拟人50cm左右，显示器按照45英寸显示屏大小安装，显示屏下缘距地1m左右。

可以设置多个无人化公众护理、急救培训系统，每个系统的控制系统均与中央控制系统通信连接，每个控制系统对各自系统的数据进行收集和整合，再与中央控制系统进行通信,由中央控制系统向控制系统下发相关指令并对控制系统进行控制。

控制信号可以采用有线传输，也可以采用无线传输，当采用无线传输时，设置无线路由器或交换机与网络连接。

在训练舱设置交换机/路由器60，动作采集装置30、教学内容播放展示装置40、门禁系统、人员信息采集装置等均可通过交换机/路由器与控制系统网络连接。还设置定位系统70，通过定位系统受训者或管理者可以方便查找训练舱所在的位置。

下面以心肺复苏操作训练为例进行说明。

该系统设置在训练舱内，预先在中央控制系统存入受训人员的信息，受训人员在训练舱门处通过摄像机一进行面部信息采集，摄像机一将采集到的人员面部信息存储在本地设置的硬盘录像机中，由人脸识别系统对进入到训练舱内的人员进行身份确认，并将确认结果上传到中央控制系统，经识别确认受训人员符合进入条件的，则获得进入训练舱内的权限，门锁开启，人员进入到训练舱内利用模拟人和训练系统进行操作训练。从门禁系统中进来的人员信息存储到服务器中。

训练系统包括一台配有双显示器的计算机、一台心肺复苏仿真模拟病人以及一个Kinect体感系统。仿真模拟病人内设置有传感器，用来采集CPR操作中相关抢救动作的数据，如按压位置、按压深度、按压速率、吹气量、吹气频率、气道开放等；Kinect 传感器捕获操作过程中人体的姿态并对其姿态情况进行判别，如通过摄像机一拍摄学员的操作动作视频图像，据其人体骨骼追踪技术对所追踪的关节点的位置进行跟踪，计算出各关节点的位置，从而判别其手臂伸直情况与按压垂直度情况。评价系统据臂伸直情况与按压垂直度情况给出评价结果，数据采集装置采集到的按压位置、按压深度、按压速率、吹气量、吹气频率、气道开放信息经检测电路对每个动作达到要求的程度作出判定，根据检测电路的判定结果,控制模块采集数据并进行处理，控制模块据采集到的信号类型通知教学展示系统播放下一环节教学内容或重复进行本环节教学内容，直到完成本环节操作动作。控制模块可以将每个环节中采集到的数据发送给评价系统进行每个环节的评价，也可以在整个教学内容完成后控制模块采集整套检测数据,并发送给评价系统，由评价系统再根据标准数据进行判定,得出最后的评价结果。中央控制系统对评价结果进行存储，并保存采集到的数据。控制模块也就是模拟病人主控制芯片优选功能集成度高的 ARM 处理器，如法意公司出品的 STM32F4 系列的CPU，本项目选用的型号为 STM32F405RGT6。

模拟人系统实施例1

如图11所示，本实施例结构的胸外按压模拟人内设置有心脏胸外按压训练装置，包括：支撑座、托板200以及复位机构300；托板200为接受按压的受力板，复位机构使被按下的托板复位，由支撑座对复位机构进行支撑。复位机构包括滑轨303、滑块304、复位件308和连杆305，滑块和滑杆滑动连接，滑轨的一端固定设置在后支撑座302上，另一端固定设置在前支撑座301上，托板的一端铰接或转动连接在架体上，另一端与连杆305的上端铰接或转动连接，连杆305的下端与滑块铰接或转动连接。当复位件为压缩弹簧时套装设置在滑轨上，压缩弹簧设置在前支撑座与滑块间，了移动和安装方便，将复位机构设置在架体100上，使整个心脏胸外按压装置形成一个整体。优选的架体100包括两竖向平行设置的胸骨支撑座101和水平设置的底板102，底板102用于固定设置胸骨支撑座101和复位机构300，两胸骨支撑座101分别设置于底板102的前端的两侧，复位机构通过前支撑座和后支撑座固定设置在底板102上，前支撑座位于底板的前端，托板200通过其前端与两胸骨支撑座101顶部铰接连接，

后端与连杆的上端铰接连接。托板200与两胸骨支撑座101由轴一201相铰接，托板200可水平设置或向上或向下倾斜设置。为托板200的下压预留出足够的运动空间，托板200的前端与架体100的上端转动连接或铰接，可使托板200绕轴一201转动，使托板可向上倾斜或向下倾斜或位于水平位置；复位机构300设置于架体100上并与托板200相连，用以将因受按压力而向下倾斜的托板200恢复至受压前的位置，采用本发明结构的心脏胸外按压训练装置进行按压训练时，由于托板与连杆的上端连接，连杆的下端与滑块连接，因此按压托板时滑块可在滑轨上滑动且挤压或拉动复位件，使得复位件被压缩或伸长并积累能量，当停止按压时，在复位件的复位作用下滑块反向移动，带动拉杆运动，使得托板回复到原位，因此可通过按压托板模仿对人体胸部的按压，托板的起伏运动与胸部起伏运动类似，实现对心脏胸外按压的训练。在胸骨503部位优选剑突505处设置压力开关或压力传感器一，压力开关或压力传感器一与控制模块电连接，为了对按压的深度和频率进行检测，设置测量装置400，测量装置400与控制模块连接，用以计算按压的深度和按压的频率。优选的测量装置400采用光栅，光栅尺401与滑块304连接，与光栅尺401相配合的光电开关402设置在底板102上，光电开关402与控制模块电信号连接，当按压时，托板向下位移带动滑块滑动，滑块带动光栅尺移动，光电开关识别光栅尺移动的齿数，每当运动一个齿光栅会有一个电平的变化并将此电平变化信号发送给控制模块，由控制模块根据光栅移动的齿数算出向下的位移量也就是计算出托板下降的高度，从而计算出按压的深度，通过光电开关感知光栅的通过频率来记录按压的频率，因此可通过光栅尺401与光电开关402的配合来计算滑块304移动的距离和往复频率，并将该结果发送至控制模块内，对胸部按压的深度进行了解，判断操作是否正确。控制模块可以为计算机，也可以是带信息处理的其它终端设备，如手机、平板等，本实施例中采用单片机进行数据处理，比如采用STM32F103RET6型号的单片机进行数据处理。由光电开关与单片机的输入端信号连接，光栅优选ST280光栅。为了能够识别托板的移动方向，在st280光栅内部集成2路光电开关，两路光电开关均与单片机信号连接，据光栅尺在运动时经过两个光电开关的时间差，判断托板的位移方向。在模拟人的嘴部和胸腔间设置模拟气管，在气管上设置压力传感器二，压力传感器二与控制模块电连接，当压力传感器二受到气体压力时，证明有吹气动作，向控制模块发出信号，评分模块按是否有信号进行评定，如果有信号，按数据分析模块记录的按压的频率、次数、深度、吹气的间隔是否符合规定进行评分。在模拟人头骨后部与颈部接合处固定安装一接触式开关，当头部后仰到位时，接触开关触合以开关量的形式通知控制模块是否进行了开放操作，控制模块将此信息通知评价系统。针对按压位置的检测，还可以采用如下数据采集装置的结构，在剑突处的周围设置多个薄膜式按键，按压位置检测电路如图5所示，JP3 接口连接薄膜式按键，胸口位置对应的按键按下时，在模拟人的 CPU 的 PC1~PC5 的对应引脚上输出“0”电平，将PC1~PC5 对应到单个字节的第 0~第 4 位，则不同按键按下时，会得到 0xFE、0xFD、0xFB、0Xf7、0xEF中的一个，将得到的字节做“或”操作后，装入上数据帧的第 5 个字节上传给上位机处理。上位监控端软件按照接收到数据帧格式的第 5 个字节，通过判断该字节的第 0~第 4 位哪一位为“0”来确定哪个按键被按下，无论按压正确错误与否，都会在数据库中记录当前学员操作的结果。

针对按压深度、速率的测量，电路图如图6所示：使用 IT236 光电管接收光栅的遮挡信号，其输出波形如图7所示，其两通道 A、B 输出为带有前后相位差的方波，为计算该方波的脉冲个数以及按压频率的变化，将该信号通过 74HC240 驱动整形后，输入给 CPU 正交计数捕获模块（PB6、PB7 对应了捕获模块的两个引脚），CPU 采集到相关脉冲数后，装入帧格式发送上位机处理。上位监控端软件接收到数据帧格式的第 3 个字节，该数据特点如图7所示，每按压一次会采集到图中一组单峰曲线的数据，有一次单峰的曲线就对应一次按压操作，结合脉冲峰值与弹簧的系数计算出按压深度，在计量按压个数同时启动定时器计时，就能够得到单位操作时间内的按压次数，通过得到的数据与复苏指南中的每分钟 100-120 次以及按压深度值的对比，来评判按压操作是否规范，并在数据库中记录当前学员操作的结果。

针对吹气量的相关测量，电路如图9所示，压力传感器 MPX2050 的输出通过运算放大器调理后输入到 CPU 片内 ADC 上，使用 STM32 系列特有的 DMA采样技术进行数据采集，采集到数据均值滤波后按照帧格式上传上位机处理。位监控端软件接收到数据帧格式的第 4 个字节，该数据特点如图15 所示，每吹气一次会采集到图中一组单峰曲线的数据，邀请专业急救抢救人员采集其吹气量数据，同时使用标准气压计测量定标吹气量，通过采集得到的数据与复苏指南中吹气量值的对比，来评判吹气量及吹气次数的规范性，并在数据库中记录当前学员操作的结果

气道开放检测图 10气道开放检测电路

上位监控端软件按照接收到数据帧格式的第 7 个字节是“0x00”还是“0x01”来确定颈部是否移动到位，并在数据库中记录当前学员操作的结果。

模拟人系统实施例2：外伤包扎救护模拟人

外伤模拟人压力传感器设置的原则是在伤口的周围设置传感器，对于动脉出血的模拟人，在伤口外的近心端设置传感器三，传感器三与控制模块电连接，记录伤口处压力的时间和力度，当压力传感器三感受到压力时认定包扎位置正确，压力传感器三向控制模块发出信号，由数据分析处理模块记录受压的压力和时间，上述信息由评价模块接收，作出评价。

模拟人系统实施例3：外伤骨折固定救护模拟人

压力传感器四固定设置在上下关节处，比如小腿骨折，在踝关节和膝关节外侧设置传感器四，具体位置看具体的伤情，据具体伤情布置传感器位置，传感器四与控制模块和评价模块分别电连接，传感器四受到压力证明固定位置正确，评价模块接受压力传感器四受到的压力和时间数据，据此和标准数据进行比较给出评价。

Claims (10)

1.一种无人化公众护理、急救培训系统，其特征在于，包括训练舱、身份识别系统、训练系统、动作识别系统和控制系统，

所述身份识别系统识别受训人员的身份，并将确认结果上传到控制系统，所述人员经身份确认有权限接受培训的方可进行培训；

所述训练系统包括模拟人系统和教学系统，所述模拟人系统包括动作检测模块和模拟人，所述动作检测模块包括数据采集装置和控制模块，所述数据采集装置设置有传感器，传感器设置在所述模拟人上，由所述传感器检测学员在动作关键点处的动作的符合程度，并向控制模块发送信号，控制模块对接收到的信号进行处理向教学系统发送信号，并存储检测到的信息；教学系统包括展示教学内容的教学内容展示设备和教学软件，学员按展示的教学内容训练操作，教学内容展示设备接收所述控制模块的信号；

所述动作识别系统包括影像采集装置、动作分析识别模块，影像采集装置与控制系统电连接，动作识别分析模块对影像采集装置采集的学员的动作影像进行分析识别，判断其符合标准的程度，并存储采集的影像、识别结果和对比结果；

教学系统按接收到控制模块的信息类型或动作识别系统的识别和对比结果展示教学内容；

所述模拟人、所述影像采集装置、所述训练系统设置在所述训练舱内。

2.如权利要求1所述的无人化公众护理、急救培训系统，其特征在于，包括评价系统，所述评价系统包括检测电路和评价模块，所述评价模块中设置有评价标准，检测电路与所述传感器电连接，据采集到的传感器的信号对每个操作动作达到的程度进行检测，并将检测结果发送给控制模块，控制模块据检测电路的检测结果向评价系统发送特定的信息，动作识别模块向评价系统发送识别结果和对比结果，由评价系统据评价结果、识别结果和对比结果对受训人员的操作情况给出评价/或由分级评价系统据评价结果、识别结果和对比结果对受训人员的操作情况给出分级评价。

3.如权利要求1所述的无人化公众护理、急救培训系统，其特征在于，所述的训练舱为封闭式管理的空间，设置有门，门上设置电子锁，电子锁与门禁系统电连接，所述门禁系统与控制系统通信连接，或者所述训练舱为可移动式的封闭式管理的空间，设置有无线通讯网络模块和用于确定其位置的定位系统，所述身份识别系统为人脸识别系统，设置有实时身份管理模块，实时获取操作者面部信息并进行识别认证，上传到控制系统。

4.如权利要求1所述的无人化公众护理、急救培训系统，其特征在于，所述教学系统为分步引导式教学系统，所述的教学内容展示设备为视频播放系统，所述控制模块据收到到的信息类型控制所述视频播放系统分步播放。

5.无人化公众护理、急救培训方法，其特征在于，采用医学教学模拟人进行训练，采用视频教学系统示范操作规范，通过身份识别系统识别受训者的身份信息并确认其具有受训的权限，通过数据采集装置采集受训者在动作关键点的操作数据和/或操作姿态，采集到的操作数据和/或操作姿态与预先保存的标准数据进行比对分析，自动生成该受训者的评判结果，保存受训者的身份信息和相应的评判结果，所述的标准数据为图像和/或数字参数。

6.如权利要求1所述的无人化公众护理、急救培训方法，其特征在于，通过医学教学模拟人身上设置的数据采集装置采集受训者在动作关键点的操作动作数据并上传给控制系统，通过影像采集装置采集受训者在动作关键点的姿态影像并上传给控制系统，由控制系统将接收到的操作动作数据与姿态影像与预先保存的标准数据进行比对。

7.如权利要求5或6所述的无人化公众护理、急救培训方法，其特征在于，由控制系统对受训者进行身份验证并对操作动作数据和姿态信息进行统计分析和评价，据设定的评判标准对受训者的操作动作进行分级评价。

8.如权利要求5或6所述的无人化公众护理、急救培训方法，其特征在于，对受训者进行施教时采用分步引导式教学，将操作规范标准进行步骤分解，通过视频演示和语音提示相结合一步一步引导受训者进行训练操作，记录每步的操作动作行，并对每步操作情况进行评价，每步操作符合规范后方可进入到下一步的训练操作。

9.如权利要求8所述的无人化公众护理、急救培训方法，其特征在于，根据受训者的操作数据进行判断，对于完成各步训练内容的受训者给予资格认证或合格判定、生成网络认证信息，网络认证信息在控制系统保存，并可登录查询。

10.如权利要求5所述的无人化公众护理、急救培训方法，其特征在于，所述培训考核在移动式训练舱内进行，受训人员通过定位系统获得训练舱的位置信息。

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