CN112071149A - 一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统及方法，该系统包括回缩式力反馈仿真器械、力反馈装置、皮肤模型和主机，回缩式力反馈仿真器械设有回缩式针头和第一陀螺仪，回缩式力反馈仿真器械通过力反馈装置与主机连接，皮肤模型固定于真人身体相应部位，皮肤模型包括仿真皮肤层和基材层，仿真皮肤层和基材层之间设有压力传感器、第二陀螺仪、通讯模块，通讯模块与主机连接。本发明可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统可在真人身体上进行医学模拟穿刺操作，既能够有针刺入皮肤的效果，让操作者体验穿刺的手感，又能够客观地判断穿刺位置、穿刺针与皮肤的角度、穿刺深度、穿刺速度等是否正确，真实性强，教学效果好。

Description

一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统及方法

技术领域

本发明涉及医教技术领域，特别涉及一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统及方法。

背景技术

医学上的穿刺是一种有创操作，需要将穿刺针从特定部位刺入人体，从体内抽取液体、注入药物等。根据医学分类不同，临床医学需要掌握的穿刺操作包括：胸腔穿刺、腹腔穿刺、腰椎穿刺、骨髓穿刺、关节腔穿刺等；护理学需要掌握的穿刺技能包括：静脉穿刺(采血、注射、输液)、注射(肌肉注射、皮内注射、皮下注射等)。

医学穿刺技能的训练无法在真人身体上操作，目前主要采用仿真训练，目前存在四种形式：

第一种是模型训练，操作者使用真实的穿刺针、注射器，在模型肢体或者模型人上进行训练，某些高级模型可以在穿刺后出现生理反馈，比如流出类似血液或体液的液体。

这种训练方式无法获知操作流程、手法是否正确，无法对操作者进行评价，与在真实人体上的操作手感有明显的区别，仿真性不高；同时，反复刺入操作极易造成模拟皮肤损坏。

第二种是穿戴式模型训练，将特定部位模型穿戴到真人身上，操作者在模型上训练。这种方式仿真性有所提高，但是操作者同样无法自己判断操作流程、手法是否正确。

第三种是通过虚实仿真设备训练，这种设备由力反馈装置、电脑主机、触屏显示器组成，操作者可以在触屏上进行流程操作，当进行到穿刺步骤，将模型穿刺针与力反馈装置相连，系统可以检测出模拟器械的角度、进入深度，模拟注射器的抽吸和推注等参数，这些参数与动画同步，力反馈装置同时反馈不同的力，让操作者体验到穿刺的手感。

这种设备外观与真实人体差距太大，通过力反馈装置、可触摸显示器交互的方式与真实操作差异巨大，无法真实场景匹配，训练效果一般。

第四种是将回缩式力穿刺装置(仿真注射器、输液器等)和装有感知元件的模型集成为一套设备，操作者使用仿真器械在模型上进行训练，可以检测出模拟器械的角度、进入深度，模拟注射器的抽吸和推注等参数，这些参数与动画同步，力反馈装置同时反馈不同的力，让操作者体验到穿刺的手感。

这种装置仿真性较高，但是具体操作是在模型上，操作时的沉浸感和真实性不足。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种真实性强，教学效果好的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统及方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其包括回缩式力反馈仿真器械、力反馈装置、皮肤模型和主机，所述回缩式力反馈仿真器械设有回缩式针头和第一陀螺仪，所述回缩式力反馈仿真器械通过力反馈装置与主机连接，所述皮肤模型固定于真人身体相应部位，所述皮肤模型包括仿真皮肤层和基材层，所述仿真皮肤层和基材层之间设有压力传感器、第二陀螺仪、通讯模块，所述通讯模块与所述主机连接；

所述主机可根据所述压力传感器反馈的压力信号判断穿刺位置是否正确，还可根据所述第一陀螺仪和第二陀螺仪反馈的位置信号判断入针角度是否正确，所述主机可控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加持续的进针反馈力，并通过力反馈装置获取所述回缩式针头的进针速度和行程，并在进针行程达到设定值时控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加突破力。

作为本发明的进一步改进，当所述回缩式力反馈仿真器械为注射器或输液器时，所述注射器或输液器内置滑动变阻器，所述主机可通过所述力反馈装置调节滑动变阻器阻值变化，进而调节所述注射器或输液器内的液体流速。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括与所述主机连接的显示器，所述显示器用于将接收的信号以可视化动画的形式进行实时展示。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括与所述主机连接的音响，所述音响用于播放操作提示音，正确或者错误操作时对应人发出的声音。

作为本发明的进一步改进，所述通讯模块为无线通讯模块，所述仿真皮肤层和基材层之间还设有无线供电模块。

作为本发明的进一步改进，所述力反馈装置顶部设置有放置所述回缩式力反馈仿真器械的容纳槽，所述容纳槽内设有检测机构，所述检测机构与主机连接，所述检测机构检测容纳槽内回缩式力反馈仿真器械的拿取和放回。

作为本发明的进一步改进，所述回缩式力反馈仿真器械包括穿刺针、注射器、输液器、采血针。

作为本发明的进一步改进，所述仿真皮肤层为橡胶层，所述基材层为硬质材料。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练方法，应用于如上述任一所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其包括以下步骤：

S10、所述主机根据所述压力传感器反馈的压力信号判断穿刺位置是否正确，若是，则进入S20，否则，重新穿刺；

S20、所述主机根据所述第一陀螺仪和第二陀螺仪反馈的位置信号判断入针角度是否正确，若是，则进入S30，否则，重新穿刺；

S30、所述主机控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加持续的进针反馈力，并通过力反馈装置获取所述回缩式针头的进针行程，并在进针行程达到设定值时控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加突破力。

作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤：

S40、当所述回缩式力反馈仿真器械为注射器或输液器时，所述注射器或输液器内置滑动变阻器，所述主机通过所述力反馈装置调节滑动变阻器阻值变化，进而调节所述注射器或输液器内的液体流速。

本发明的有益效果：

本发明可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统可在真人身体上进行医学模拟穿刺操作，既能够有针刺入皮肤的效果，让操作者体验穿刺的手感，又能够客观地判断穿刺位置、穿刺针与皮肤的角度、穿刺深度、穿刺速度等是否正确，并实时对给予教学指导，真实性强，教学效果好。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明优选实施例中可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中皮肤模型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-2所示，为本发明优选实施例中的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，该系统包括回缩式力反馈仿真器械、力反馈装置、皮肤模型和主机，所述回缩式力反馈仿真器械设有回缩式针头和第一陀螺仪，所述回缩式力反馈仿真器械通过力反馈装置与主机连接，所述皮肤模型固定于真人身体相应部位，所述皮肤模型包括仿真皮肤层和基材层，所述仿真皮肤层和基材层之间设有压力传感器、第二陀螺仪、通讯模块，所述通讯模块与所述主机连接。

在本实施例中，上述回缩式力反馈仿真器械包括各种类型的穿刺针、注射器、输液器、采血针等。

第一陀螺仪和第二陀螺仪分别获取回缩式力反馈仿真器械和皮肤模型的空间姿态信息。

上述皮肤模型包括可以包含肩胛骨下缘、肋骨间隙特征的背部皮肤模型，能看到明显手背静脉网的手背皮肤模型，能看到明显肘正中静脉的前臂皮肤模型，腹部皮肤模型，能看到额静脉的头部皮肤模型，能看到明显腰椎特征的背部皮肤模型等，皮肤模型均有固定装置，可以与真人身体相应部位(比如手背、左侧/右侧背、前臂、腹部)紧密贴紧。

上述仿真皮肤层为橡胶层，基材层为硬质材料。橡胶层主要模拟体表皮肤，能够体现出硬质基材层塑造的体表特征，硬质基材层一方面可以塑造不同的体表特征，另一方面也防止力反馈仿真器械刺破橡胶层，刺伤人体皮肤。

上述通讯模块压力信息、陀螺仪角度信息实时反馈至主机，上述主机可根据所述压力传感器反馈的压力信号判断穿刺位置是否正确，还可根据所述第一陀螺仪和第二陀螺仪反馈的位置信号判断入针角度是否正确，所述主机可控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加持续的进针反馈力，并通过力反馈装置获取所述回缩式针头的进针速度和行程，并在进针行程达到设定值时控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加突破力。进针反馈力和突破力可真实模拟针刺入人体皮肤和刺穿人体皮肤进入血管等人体组织的力的变化。给操作者更加真实的体验。

当所述回缩式力反馈仿真器械为注射器或输液器时，所述注射器或输液器内置滑动变阻器，所述主机可通过所述力反馈装置调节滑动变阻器阻值变化，进而调节所述注射器或输液器内的液体流速。

上述系统还包括与所述主机连接的显示器，所述显示器用于将接收的信号以可视化动画的形式进行实时展示。让操作者了解真实情况下针应该处于人体内的位置，以及错误操作可以引发的人体生理特征，譬如出血、咳嗽、神经损伤等。

上述系统还包括与所述主机连接的音响，所述音响用于播放操作提示音，正确或者错误操作时对应人发出的声音，比如，疼痛的发声、咳嗽声等。

在本实施例中，所述通讯模块为无线通讯模块，所述仿真皮肤层和基材层之间还设有无线供电模块。无线供电模块为皮肤模型内的电器元件供电。

在其中一实施例中，所述力反馈装置顶部设置有放置所述回缩式力反馈仿真器械的容纳槽，所述容纳槽内设有检测机构，所述检测机构与主机连接，所述检测机构检测容纳槽内回缩式力反馈仿真器械的拿取和放回。

本发明还提供了一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练方法，应用于上述可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其包括以下步骤：

S10、所述主机根据所述压力传感器反馈的压力信号判断穿刺位置是否正确，若是，则进入S20，否则，重新穿刺；

S20、所述主机根据所述第一陀螺仪和第二陀螺仪反馈的位置信号判断入针角度是否正确，若是，则进入S30，否则，重新穿刺；

S30、所述主机控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加持续的进针反馈力，并通过力反馈装置获取所述回缩式针头的进针行程，并在进针行程达到设定值时控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加突破力。

在其中一实施例中，该方法还包括以下步骤：

S40、当所述回缩式力反馈仿真器械为注射器或输液器时，所述注射器或输液器内置滑动变阻器，所述主机通过所述力反馈装置调节滑动变阻器阻值变化，进而调节所述注射器或输液器内的液体流速。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，包括回缩式力反馈仿真器械、力反馈装置、皮肤模型和主机，所述回缩式力反馈仿真器械设有回缩式针头和第一陀螺仪，所述回缩式力反馈仿真器械通过力反馈装置与主机连接，所述皮肤模型固定于真人身体相应部位，所述皮肤模型包括仿真皮肤层和基材层，所述仿真皮肤层和基材层之间设有压力传感器、第二陀螺仪、通讯模块，所述通讯模块与所述主机连接；

所述主机可根据所述压力传感器反馈的压力信号判断穿刺位置是否正确，还可根据所述第一陀螺仪和第二陀螺仪反馈的位置信号判断入针角度是否正确，所述主机可控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加持续的进针反馈力，并通过力反馈装置获取所述回缩式针头的进针速度和行程，并在进针行程达到设定值时控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加突破力。

2.如权利要求1所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，当所述回缩式力反馈仿真器械为注射器或输液器时，所述注射器或输液器内置滑动变阻器，所述主机可通过所述力反馈装置调节滑动变阻器阻值变化，进而调节所述注射器或输液器内的液体流速。

3.如权利要求1所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，所述系统还包括与所述主机连接的显示器，所述显示器用于将接收的信号以可视化动画的形式进行实时展示。

4.如权利要求1所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，所述系统还包括与所述主机连接的音响，所述音响用于播放操作提示音，正确或者错误操作时对应人发出的声音。

5.如权利要求1所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，所述通讯模块为无线通讯模块，所述仿真皮肤层和基材层之间还设有无线供电模块。

6.如权利要求1所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，所述力反馈装置顶部设置有放置所述回缩式力反馈仿真器械的容纳槽，所述容纳槽内设有检测机构，所述检测机构与主机连接，所述检测机构检测容纳槽内回缩式力反馈仿真器械的拿取和放回。

7.如权利要求1所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，所述回缩式力反馈仿真器械包括穿刺针、注射器、输液器、采血针。

8.如权利要求1所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，所述仿真皮肤层为橡胶层，所述基材层为硬质材料。

9.一种可穿戴式医学仿真穿刺技能训练方法，应用于如权利要求1-8任一所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练系统，其特征在于，包括以下步骤：

S10、所述主机根据所述压力传感器反馈的压力信号判断穿刺位置是否正确，若是，则进入S20，否则，重新穿刺；

S20、所述主机根据所述第一陀螺仪和第二陀螺仪反馈的位置信号判断入针角度是否正确，若是，则进入S30，否则，重新穿刺；

S30、所述主机控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加持续的进针反馈力，并通过力反馈装置获取所述回缩式针头的进针行程，并在进针行程达到设定值时控制力反馈装置向所述回缩式力反馈仿真器械施加突破力。

10.如权利要求9所述的可穿戴式医学仿真穿刺技能训练方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S40、当所述回缩式力反馈仿真器械为注射器或输液器时，所述注射器或输液器内置滑动变阻器，所述主机通过所述力反馈装置调节滑动变阻器阻值变化，进而调节所述注射器或输液器内的液体流速。

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