CN112435554A - 一种ct教学模拟系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT教学模拟系统及其控制方法，包括CT扫描硬件装置，以及与CT扫描硬件装置通过无线模块通讯交互的软件控制系统，软件控制系统包括后端临床数据存储库和前端操作系统，后端临床数据存储库预先储存若干组对应不同扫描部位的CT扫描图像，前端操作系统用于调控CT扫描硬件装置按照垂向扫描或者倾斜扫描的方式模拟CT扫描工作，前端操作系统根据随机提取的CT扫描图像的清晰度再对CT扫描硬件装置对扫描部位的扫描位置以及对扫描部位的扫描倾斜角度进行调整，且前端操作系统按照提高清晰度的方式提取CT扫描图像以提高对模拟影响扫描部位清晰度操作的可控性；本发明使得整个CT教学系统的灵活性更高，更加符合实际应用中的操作。

Description

一种CT教学模拟系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及CT教学技术领域，具体涉及一种CT教学模拟系统及其控制方法。

背景技术

CT成像原理、检查技术要点及影像诊断等有关知识与技能是医学影像(甚至可以说所有医学)专业学生必备知识和基本技能，但缺乏实验教学一直是其痛点所在。

为了解决前述的痛点问题，在现有培养方案中，主要是通过简易的教学模型来对学生进行操作培训，然而在该技术方案中并不能够生成实际的CT影像供学生分析诊断，而且由于实际成像规则复杂，及时是对于同一个病变区域，不同的CT扫描方式均可能取得不同的CT影像，而对于学生的培养来说，如何直观的获得这些CT影像以及基于CT影像对病变区域进行诊断和对比分析才是至关重要的。进一步，基于上述过程体会CT扫描设备的参数设置对CT影像的最终影响将会提高学生的实操能力，从而为学生的实操积累宝贵的经验。

然而在现有模型中，基于射线防护或设备模拟等方面的考虑，例如申请号为201020571388.8的专利CT操作训练教学模型，但是该专利仅设计了控制电路对扫描床体部分的进退和旋转扫描工作，而无法演示CT扫描的参数变化对CT影像清晰度的影响这一关键内容，并且在现有技术中也无法根据模拟操作实现CT音像的对比分析，其模拟操作仅限于模拟操作，实操的意义不大。致使在CT教学过程中，模拟CT扫描和获得CT影像是两个相互独立的过程，即如何操作CT扫描设备以及参数设置和获得CT影像进行分析对比是两个没有关联的实习，此举产生两个方面的缺陷：

第一，模拟CT扫描的过程中，并不能让学生直接感受调整的CT扫描设备参数对CT扫描工作的直观影响，即调整CT扫描设备参数对X射线的源能量影响；

第二，不能真实的让学生体会到CT扫描设备参数设置对CT影像的间接影响，即调整的CT扫描设备参数对CT影像清晰度的影响，从而不能从实操的角度对学生进行CT影像诊断教学培训，难以积累符合CT诊断实操要求的经验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CT教学模拟系统及其控制方法，以解决现有技术中不能让学生直接感受调整的CT扫描设备参数对CT扫描工作的直观影响，以及操作CT扫描设备以及参数设置和获得CT影像进行分析对比是两个没有关联的实习的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种CT教学模拟系统，包括CT扫描硬件装置，以及与所述CT扫描硬件装置通过无线模块通讯交互的软件控制系统，其中，

所述CT扫描硬件装置用于仿真模拟CT扫描的垂向扫描方式和倾斜扫描方式，且所述CT扫描硬件装置按照固定间隔角度更改扫描点位以模拟CT图像重建方法及焦平面对CT图像成像影响；

所述软件控制系统包括后端临床数据存储库和前端操作系统，所述后端临床数据存储库预先储存若干组对应不同扫描部位的CT扫描图像，所述前端操作系统通过调控CT操作参数改变所述CT扫描硬件装置按照垂向扫描或者倾斜扫描的方式模拟对不同扫描部位的CT扫描工作；

所述CT扫描硬件装置通过不同颜色的灯带区分对不同扫描部位的扫描工作，且所述前端操作系统通过改变所述CT操作参数以调控所述灯带的颜色及亮度以模拟X射线的源能量高低；

所述前端操作系统在所述CT扫描硬件装置完成扫描后从所述后端临床数据存储库随机提取并显示相应的所述扫描部位的所述CT扫描图像；

所述前端操作系统根据随机提取的所述CT扫描图像的清晰度再对所述CT扫描硬件装置对所述CT操作参数进行调整，且所述前端操作系统按照提高清晰度的方式提取所述CT扫描图像以提高对模拟影响所述扫描部位清晰度操作的可控性。

作为本发明的一种优选方案，所述CT扫描硬件装置包括立体平台、设置在所述立体平台上的扫描组件、横穿所述扫描组件的移动床体组件，以及驱动所述扫描组件完成垂向扫描方式和倾斜扫描方式的动力组件；

所述移动床体组件在所述扫描组件的包围圈内部线性移动至不同位置以模拟对不同扫描部位的CT扫描操作；

所述灯带具体为安装在扫描组件上且用于模拟CT扫描工作的发光二极管组件，且所述发光二极管组件根据不同的扫描部位显示不同的颜色以直观演示CT成像原理；

所述扫描组件在所述移动床体组件到达所述扫描部位后按照固定间隔角度转动，从所述后端临床数据存储库随机提取并显示相应的所述扫描部位的所述CT扫描图像，并根据所述CT扫描图像的清晰度重新调控所述移动床体组件微调位置，所述扫描组件通过垂向扫描或倾斜扫描的方式继续按照固定间隔角度转动追踪所述扫描部位以直观演示CT图像重建的反投影算法。

作为本发明的一种优选方案，以及与所述无线模块电性连接的微处理器单元，且所述微处理器单元与所述移动床体组件和所述扫描组件通信连接，所述微处理器单元用于接收所述前端操作系统的控制指令并顺序调控所述移动床体组件和所述扫描组件工作以模拟CT扫描操作，其中，

所述发光二极管组件在所述动力机构的带动下在所述移动床体组件的上方每转动45°时闪烁一次以直观演示CT图像重建的反投影算法，所述移动床体组件与所述转动圆筒之间的相对位置关系确定对人体不同的所述扫描部位的CT扫描操作，且所述微处理器单元在所述发光二极管组件闪烁时通过所述无线模块自动向所述前端操作系统发送数据以从所述后端临床数据存储库提取并显示对应所述扫描部位的所述CT扫描图像。

作为本发明的一种优选方案，所述前端操作系统包括登录界面、患者信息录入界面、扫描选择调控界面、图像显示界面和诊断结果撰写界面，所述后端临床数据存储库内预先储存若干组真实拍摄的CT扫描图像和专家诊断报告，所述诊断结果撰写界面填写诊断结果提交后自动显示所述后端临床数据存储库内预先存储的专家诊断报告以对比提高学生诊断能力；

其中，所述CT操作参数分布在所述扫描选择调控界面上，所述扫描选择调控界面包括但不限于床体位置微调模块、扫描方式调控模块和曝光参数微调模块；

所述床体位置微调模块通过调整所述移动床体组件的位置以模拟微调CT扫描位置对所述CT扫描图像的清晰度影响；

所述扫描方式调控模块通过将所述扫描组件的垂向扫描方式更改为倾斜扫描方式以模拟所述CT扫描成像阻挡问题；

所述曝光参数微调模块通过调整所述发光二极管组件的颜色及亮度以模拟X射线曝光度对所述CT扫描图像的清晰度影响。

作为本发明的一种优选方案，所述后端临床数据存储库按照树状图的方式分类保存不同的所述扫描部位的多个所述CT扫描图像，所述后端临床数据存储库包括用于存储若干个不同所述扫描部位的所述CT扫描图像的数据库子单元，每个所述数据库子单元内分别设有多组用于保存同一个所述扫描部位的参考图组字典，不同的所述参考图组字典用于表示该所述扫描部位的不同症状，且每个所述参考图组字典均由对应不同固定间隔角度的多组图像集合以及专家评断报告组成，每组所述图像集合内包括多个清晰度不同的所述CT扫描图像以及一个标准的所述CT扫描图像，以方便模拟所述CT操作参数对所述CT扫描图像的清晰度的影响。

为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种CT教学模拟系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤100、建立前端操作系统与CT扫描硬件装置之间的通讯连接，测试所述前端操作系统与CT扫描硬件装置之间的数据收发功能；

步骤200、在所述前端操作系统上选择扫描部位，定义每个扫描部位对应的移动床体组与扫描组件之间的相对移动距离，且选定影响CT成像的CT操作参数；

步骤300、所述移动床体组件按照所述前端操作系统选择的移动距离移位至相应的所述扫描部位，并且所述扫描组件对上述选定的所述扫描部位按照特定角度螺旋的方式以模拟CT扫描成像原理；

步骤400、所述前端操作系统自动从后端临床数据存储库随机提取预先储存对应所述扫描部位的CT扫描图像，并将所述CT扫描图像进行图像预处理后在所述前端操作系统显示；

步骤500、根据所述前端操作系统的所述CT扫描图像的清晰度重新调控CT操作参数，直至获取标准的所述CT扫描图像，且所述前端操作系统利用序列区分模块降低每次获取清晰度最高的所述CT扫描图像的提取次数；

步骤600、根据标准的所述CT扫描图像填写并提交模拟诊断报告，自动从所述后端临床数据存储库随机提取与所述CT扫描图像对应的专家诊断报告，对比所述模拟诊断报告和所述专家诊断报告以至理解提高。

作为本发明的一种优选方案，在步骤400中，所述后端临床数据存储库内预先存储多组对应不同扫描部位真实拍摄的数据库子单元，且每组所述数据库子单元内存储有单个所述扫描部位的不同病状的参考图组字典，每个所述参考图组字典内包含多个对应发光二极管组件不同定点位置的所述图像集合，且每个所述图像集合内包含多个清晰度不同的所述CT扫描图像以及一个标准的所述CT扫描图像；

所述扫描组件带动发光二极管组件按照特定角度螺旋的方式移位，且通过调控所述发光二极管组件在每个定点位置闪烁来直观演示CT成像原理，所述发光二极管组件每闪烁一次，所述前端操作系统自动从后端临床数据存储库随机提取预先储存的CT扫描图像，且所述前端操作系统在所述发光二极管组件的不同定点位置时随机提取的所述CT扫描图像的清晰度相同，具体的实现方法为：

步骤401、将所述CT扫描图像分为空白图像和表示不同清晰度的图像数据链，且对图像数据链的不同清晰度的图像按照序列标号定义；

步骤402、所述扫描组件按照特定角度螺旋转动的方式模拟CT扫描操作时，所述前端操作系统按照特定角度螺旋的扫描点位个数提取自动从所述图像集合获取预存的所述CT扫描图像，并主动识别图像的清晰度以模拟不同人体在CT扫描时的位置偏差；

步骤403、识别从所述后端临床数据存储库获取的第一个预存的所述CT扫描图像的序列标号以方便所述CT扫描图像后续的提取操作。

作为本发明的一种优选方案，在步骤403中，识别从所述后端临床数据存储库提取的第一个预存的所述CT扫描图像的序列标号，所述前端操作系统根据所述CT扫描图像的清晰度调整所述CT操作参数，以调控再次提取所述CT扫描图像的实现方法为：

先按照随机提取的方式，从所述后端临床数据存储库获取的第一个预存的所述CT扫描图像，如果所述CT扫描图像是空白图像；

暂停所述扫描组件工作并复位，调整所述扫描组件的倾斜角度，并重新从所述图像集合中的所述图像数据链中提取所述CT扫描图像；

根据所述CT扫描图像的清晰度和对应的序列标号，暂停所述扫描组件工作并复位，在前端操作系统调整所述CT操作参数，重新从所述图像集合中的所述图像数据链中提取所述CT扫描图像；

重复上述步骤，直至在第一个扫描点位获取标准的所述CT扫描图像；

从同一个所述参考图组字典的其他图像集合内提取标准的所述CT扫描图像以实现多个角度快速同步获得标准的所述CT扫描图像，并将同一个所述参考图组字典内标准的所述CT扫描图像在所述前端操作系统中同步显示。

作为本发明的一种优选方案，在步骤500中，所述前端操作系统利用序列区分模块降低获取清晰度最高的所述CT扫描图像的操作次数，以增加CT教学模拟过程中的稳定性，具体的实现方式为：

在所述前端操作系统上自动显示所述CT扫描图像，确定所述CT扫描图像的清晰度；

根据清晰度微调所述CT操作参数，重新模拟CT扫描工作并自动获取所述CT扫描图像，同时利用所述序列区分模块确定所述CT扫描图像的序列号，并在微调所述CT操作参数时利用序列区分模块逐步提取清晰度增强的所述CT扫描图像。

在第一个扫描定点获取标准的所述CT扫描图像后，按照标准的所述CT扫描图像对应的序列标号从同一个所述参考图组字典剩余的所述图像集合内提取对应不同扫描位置的标准的所述CT扫描图像。

作为本发明的一种优选方案，所述图像数据链的图像清晰度与所述图像数据链的序列标号之间形成正态分布图，标准的所述CT扫描图像对应的所述序列标号为中间数字，所述序列区分模块在所述CT操作参数调整后将所述序列标号按照靠近所述中间数字的方式提取对应的所述CT扫描图像，以降低提取标准的所述CT扫描图像的操作次数。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

(1)本发明通过增加对扫描机架的倾斜扫描和垂向扫描的实验方式以及对CT操作参数的微调功能，来模拟实际应用中CT操作参数设定对CT成像清晰度的情况，同时在更改CT操作参数时对应调整显示的CT扫描图像的清晰度以最终获取标准的CT扫描图像，从而使得整个CT教学系统的灵活性更高，且模拟仿真的真实感更加强烈，更加符合实际应用中的操作；

(2)本发明在更改CT操作参数时调控灯带的颜色及亮度，利用灯带颜色及亮度的强弱变化来模拟对不可见的X射线的源能量调整，让学生直接且直观感受调整CT操作参数对CT影像的影响，改善教学的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供的CT教学模拟系统软硬件调控的结构框图；

图2为本发明实施例提供的CT扫描硬件装置的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的CT扫描硬件装置的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的CT扫描硬件装置的正面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的软件控制系统的结构框图；

图6为本发明实施例提供的CT教学模拟系统控制方法的流程示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-CT扫描硬件装置；2-无线模块；3-软件控制系统；

11-立体平台；12-扫描组件；13-移动床体组件；14-微处理器单元；15-发光二极管组件；

121-竖向平行立桩；122-平面板；123-转动圆筒；124-第一旋转电机；125-第二旋转电机；

31-后端临床数据存储库；32-前端操作系统；

311-数据库子单元；312-参考图组字典；313-图像集合；

321-床体位置微调模块；322-扫描方式调控模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种CT教学模拟系统，具体包括CT扫描硬件装置1，以及与CT扫描硬件装置1通过无线模块2通讯交互的软件控制系统3。

CT扫描硬件装置1用于仿真模拟CT扫描的垂向扫描方式和倾斜扫描方式，且CT扫描硬件装置1按照固定间隔角度更改扫描点位以模拟CT图像重建方法及焦平面对CT图像成像影响。

软件控制系统3包括后端临床数据存储库31和前端操作系统32，后端临床数据存储库31预先储存若干组对应不同扫描部位的CT扫描图像，建立前端操作系统32的参数调整与后端临床数据存储库31的图像清晰度变化之间的对应关系后，可增加改变模拟方式的灵活性和真实性，区别于现有技术中显示固定清晰度图像的操作，即前端操作系统32通过调控CT操作参数改变CT扫描硬件装置1按照垂向扫描或者倾斜扫描的方式模拟对不同扫描部位的CT扫描工作。

另外，CT扫描硬件装置1通过不同颜色的灯带区分对不同扫描部位的扫描工作，且前端操作系统32通过改变CT操作参数以调控灯带的亮度以模拟调控X射线的源能量。

由于患病部位的不同多需对应不同的X射线强度(但均为不可见，学生很难直观感受)，本发明通过带有不同颜色的色光代替CT强度，一来视觉感强，可以直观演示CT原理，二来可以减少直接用X射线对实验学生人体的射线伤害。整个教学系统硬件模型外观、构型，组成均仿制真实的CT扫描设备，以期给学生最真实的CT扫描设备的真实感受。

前端操作系统32用于调控CT扫描硬件装置1按照垂向扫描或者倾斜扫描的方式模拟对人体不同扫描部位的CT扫描工作，且前端操作系统32在CT扫描硬件装置1完成扫描后从后端临床数据存储库31随机提取并显示相应的扫描部位的CT扫描图像。

前端操作系统32根据随机提取的CT扫描图像的清晰度再对CT扫描硬件装置1对CT操作参数行调整，且前端操作系统32按照提高清晰度的方式提取CT扫描图像以提高对模拟影响扫描部位清晰度操作的可控性。

其中，CT操作参数的调控包括对扫描部位的扫描位置的微调，对扫描部位的垂直扫描方式和倾斜扫描方式的替换，以及对模拟X射线曝光的灯带亮度的调整，具体为管电压、管电流、层间距、层厚等CT成像的核心参数。

这些参数最终影响CT扫描图像的清晰度，因此本实施方式通过在前端操作系统32增设CT操作参数，且将CT操作参数设为可调整的方式，可灵活，能动性的为学生演示影响CT扫描图像清晰度的参数和CT扫描原理。

因此本实施方式可以全真模拟CT扫描参数及CT图像显示相关的参数设置和工作流程；并在参数设置界面设置CT有关扫描序列参数时调控硬件模型系统，帮助学生掌握CT成像原理展示及体位摆放等检查技术要点。总得来说，本实施方式区别于现有技术的特征为：

现有技术对应同一个扫描部位保存多个参考的CT扫描图像，这些CT扫描图像的病症不同，从而增加实验操作的灵活多变性，但是现有技术无法模拟调控CT扫描硬件装置1对扫描部位的扫描倾斜角度，以及对应的采集图像变化的操作，同时也无法随着调整CT扫描硬件装置1的扫描位置来更改同一个扫描部位清晰度的变化。

而本实施方式根据随机提取的CT扫描图像的清晰度，再对CT扫描硬件装置1对扫描部位的扫描位置以及对扫描部位的扫描倾斜角度进行调整，同时随着调整工作同步更改CT扫描图像的清晰度，提高实验操作的真实性和趣味性，从而改善CT仿真实验教学系统的实验效果。

CT扫描硬件装置1包括立体平台11、设置在立体平台11上的扫描组件12、横穿扫描组件12的移动床体组件13，以及与无线模块2电性连接的微处理器单元14，且微处理器单元14与移动床体组件13和扫描组件12通信连接。

微处理器单元14用于接收前端操作系统32的控制指令并顺序调控移动床体组件13和扫描组件12工作以模拟CT扫描操作，移动床体组件13在扫描组件12的包围圈内部线性移动至不同位置以模拟对不同扫描部位的CT扫描操作。

扫描组件12上设有用于模拟CT扫描工作的发光二极管组件15，发光二极管组件15即为上文中的灯带，且发光二极管组件15根据不同的扫描部位显示不同的颜色以直观演示CT成像原理。

需要补充说明的是，CT基本核心原理可以概括为以下几点：CT成像的基本物理原理是利用X射线通过人体不同组织时其强度发生衰减的特性，其强度与X射线管的管电压与管电流及被检人体组织的密度、所含物质的原子序数、每克电子数等有关；CT基本图像重建算法原理是滤波反投影法，即对被检层面体素矩阵在同一焦平面上作0°、45°、90°、135°多角度扫描投影，再将扫描衰减投影后得到的X射线值反投影回原体素矩阵对应体素点上，通过计算机经过求和、减基数和化简后可求出X射线衰减值(其大小对应表示CT图像的灰度)与特定的体素一一对应，最终用CT图像上的不同空间位置的像素点的亮暗将人体被检层面的体素对应的人体不同组织显示出来，医生可以通过其所学生理、病理生理、断面解剖等基础医学和各类病患的临床医学知识结合上述CT医学成像原理及影像诊断技巧通过辨别CT图像上正常组织和患病部位图像的细微差异来给出诊断指导建议。

在本实施方式中，扫描部位选定为最有代表性的颅脑部、头颈部、胸部、上腹部、下腹部、脊柱、四肢七个检查部位，而现有的CT扫描仪器根据不同的检查部位其所对应照射的X射线源能量也对应有差异。所以发光二极管组件15具体为发出“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”七种可见激光灯带与之对应直观演示CT核心成像的两个核心原理。

扫描组件12在移动床体组件13到达扫描部位后按照固定间隔角度转动，且扫描组件12在移动床体组件13微调位置后通过垂向扫描和倾斜扫描的方式追踪扫描部位以直观演示CT图像重建的反投影算法。

在本实施方式中，选择的对扫描部位的特定角度螺旋具体为：0°、45°、90°、135°，即利用这四个拍摄角度模拟人的被选检查部位作0°、45°、90°、135°四个角度的对应颜色激光闪烁来直观演示CT图像重建的反投影算法，帮助学生理解CT图像重建的方法及焦平面是否对准对CT图像的对比度有非常大的影响。

因此，后端临床数据存储库31针对每个扫描部位对应的CT扫描图像按照不同的病症分为若干组，每组CT扫描图像对应固定间隔角度划分为四个图像，每个角度对应一个图像，从而提高模拟实验的真实性。

扫描组件12包括竖向平行立桩121、活动设置在两个竖向平行立桩121之间的平面板122，以及活动安装在平面板122内的转动圆筒123，立体平台11上安装有用于推动平面板122绕竖向平行立桩121转动的第一旋转电机124，且平面板122上安装有用于推动转动圆筒123绕平面板122的穿孔活动旋转的第二旋转电机125，发光二极管组件15安装在转动圆筒123的内壁上以模拟拍摄动作，发光二极管组件15在第二旋转电机125带动转动圆筒123每转动45°时闪烁一次以直观演示CT图像重建的反投影算法。

移动床体组件13与转动圆筒123之间的相对位置数据确定对人体不同的扫描部位的CT扫描操作，且微处理器单元14在发光二极管组件15闪烁时通过无线模块2自动向前端操作系统32发送数据以从后端临床数据存储库31提取并显示对应扫描部位的CT扫描图像。

在本实施方式中，前端操作系统32先调控移动床体组件13到达扫描部件默认的移动进程，然后调控转动圆筒123旋转，发光二极管组件15在0°、45°、90°、135°四个角度定点闪烁以模拟CT扫描拍摄工作，为了模拟根据CT扫描图像的清晰度微调移动床体组件13位置的操作，当发光二极管组件15在0°闪烁时，微处理器单元14通过无线模块2自动向前端操作系统32发送数据，自动触发前端操作系统32从后端临床数据存储库31提取并显示对应扫描部位的CT扫描图像。

前端操作系统32包括登录界面、患者信息录入界面、扫描选择调控界面、图像显示界面和诊断结果撰写界面，诊断结果撰写界面填写诊断结果提交后自动显示后端临床数据存储库31内预先存储的专家诊断报告进行对比，学生在前述操作的基础上结合自己所学CT成像有关知识模拟写出自己的CT影像诊断报告并和内附对应CT图片的专家诊断报告反复阅读比对，从而逐步形成自己的CT影像诊断思路。

扫描选择调控界面通过无线模块3向微处理器单元14发出调控指令，微处理器单元14先调控移动床体组件13转移至扫描部位正对发光二极管组件15，再调控第二旋转电机125按照固定间隔角度带动发光二极管组件15旋转以直观演示CT成像原理.

微处理器单元14在发光二极管组件15闪烁一次后通过无线模块3发送信息至前端操作系统32，前端操作系统32自动提取后端临床数据存储库31的CT扫描图像并在图像显示界面显示。

扫描部分选择界面根据自动提取CT扫描图像的清晰度微调移动床体组件13的位置，重复上述步骤，重新提取后端临床数据存储库31的CT扫描图像以获得清晰的CT扫描图像。

其中，扫描部分选择界面包括但不限于床体位置微调模块321、扫描方式调控模块322和曝光参数微调模块，床体位置微调模块321通过调整移动床体组件13的位置以模拟微调CT扫描位置对CT扫描图像的清晰度影响。

扫描方式调控模块322通过将扫描组件12的垂向扫描方式更改为倾斜扫描方式以模拟CT扫描成像阻挡问题。

所述曝光参数微调模块通过调整所述发光二极管组件15的颜色及亮度以模拟X射线曝光度对所述CT扫描图像的清晰度影响。

在教学过程中，人工识别CT扫描图像的清晰度，如果清晰度不够，则暂停转动圆筒123旋转并驱动转动圆筒123复位，微调移动床体组件13的位置后，再次调控发光二极管组件15在0°闪烁时自动提取并显示对应扫描部位的CT扫描图像，重复上述操作，直至找到清晰的CT扫描图像，以演示在实际操作中，通过微调移动床体组件13的位置以获取清晰度最高的图像。

一般情况下，保持发光二极管组件15的垂向扫描操作以模拟CT扫描工作，而有时候实际操作中会出现正面阻挡无法得到清晰的CT扫描图像，此时需要调控转动圆筒123倾斜以照射扫描部位，此时需要先利用第一旋转电机124将转动圆筒123推动至倾斜状态，再根据CT扫描图像的清晰度，微调移动床体组件13的位置以获得清晰度最高的图像。

后端临床数据存储库31按照树状图的方式分类保存不同的扫描部位的多个CT扫描图像，后端临床数据存储库31包括用于存储若干个不同扫描部位的CT扫描图像的数据库子单元311，每个数据库子单元311内分别设有多组用于保存单个扫描部位的参考图组字典312，不同的参考图组字典312用于表示该扫描部位的不同症状，且每个参考图组字典312均由对应不同固定间隔角度的多组图像集合313以及专家评断报告组成，每组图像集合313内包括多个清晰度不同的CT扫描图像以方便模拟扫描部位与发光二极管组件15之间的位置关系对CT扫描图像的清晰度的影响。

根据上述，为了模拟实际操作中由于扫描部位的位置偏差或者扫描位置的特殊抵挡而无法得到清晰的CT扫描图像时，需要调控发光二极管组件15的倾斜角度以及微调移动床体组件13的位置，来获取清晰度最高的图像，因此为了增加调控操作的真实性，每次调整后，图像的清晰度需要随之变化。

本实施方式调整图像的清晰度的实现方式具体如下：

1、根据扫描选择调控界面选定的扫描部位后，确定对应扫描部位的数据库子单元311，且随机选择数据库子单元311内的一个参考图组字典312；

2、当发光二极管组件15在0°定点闪烁后，自动触发图像显示界面从参考图组字典312内对应0°的图像集合313内随机选择一个CT扫描图像；

3、人工判断CT扫描图像的清晰度，且当清晰度差时，在扫描选择调控界面暂停发光二极管组件15转动，并利用床体位置微调模块321调整移动床体组件13的位置，或者利用扫描方式调控模块322调整发光二极管组件15的拍摄角度，调整完成后，触发发光二极管组件15工作，且发光二极管组件15在0°定点闪烁后，自动触发图像显示界面从参考图组字典312内对应0°的图像集合313内选择一个CT扫描图像，并按照逐渐提高清晰度的方式提取CT扫描图像；

4、重复上述操作3，直至发光二极管组件15在0°定点闪烁后获得清晰度最高的CT扫描图像，驱动发光二极管组件15旋转，并定位和显示清晰度最高的CT扫描图像。

需要补充说明的是，当然，本实施方式也可以选择发光二极管组件15在0°、45°、90°、135°四个角度定点闪烁后，再统一调整CT扫描图像的清晰度，此时需要保证当发光二极管组件15在45°、90°、135°对应提取的CT扫描图像的清晰度需要与发光二极管组件15在0°提取的CT扫描图像的清晰度相同，具体的实现方式为：先对图像集合313内的多个CT扫描图像进行序列标号，将序列标号与清晰度设定为一一对应的关系，确定发光二极管组件15在0°随机提取的CT扫描图像的序列标号后，按照该确定的序列标号在45°、90°、135°图像集合313内的CT扫描图像中提取CT扫描图像。

另外，本发明还提供了一种CT教学模拟系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤100、建立前端操作系统与CT扫描硬件装置之间的通讯连接，测试前端操作系统与CT扫描硬件装置之间的数据收发功能；

步骤200、在前端操作系统上选择扫描部位，定义每个扫描部位对应的移动床体组与扫描组件之间的相对移动距离，且选定影响CT成像的CT操作参数；

步骤300、移动床体组件按照前端操作系统选择的移动距离移位至相应的扫描部位，并且扫描组件按照选定的CT操作参数调整发光二极管组件颜色及亮度，且对上述选定的扫描部位按照特定角度螺旋的方式以模拟CT扫描成像原理；

步骤400、前端操作系统自动从后端临床数据存储库随机提取预先储存对应扫描部位的CT扫描图像，并将CT扫描图像进行图像预处理后在前端操作系统显示；

在步骤400中，后端临床数据存储库内预先存储多组对应不同扫描部位真实拍摄的数据库子单元，且每组数据库子单元内存储有单个扫描部位的不同病状的参考图组字典，每个参考图组字典内包含多个对应发光二极管组件不同定点位置的图像集合，且每个图像集合内包含多个清晰度不同的CT扫描图像以及一个标准的CT扫描图像，其中标准的CT扫描图像是指最利于诊断的CT扫描图像。

另外，需要补充说明的是，图像数据链的图像清晰度与图像数据链的序列标号之间形成正态分布图，标准的CT扫描图像对应的序列标号为中间数字，序列区分模块在CT操作参数调整后将序列标号按照靠近中间数字的方式提取对应的CT扫描图像，以降低提取标准的CT扫描图像的操作次数。

扫描组件带动发光二极管组件按照特定角度螺旋的方式移位，且通过调控发光二极管组件在每个定点位置闪烁来直观演示CT成像原理，发光二极管组件每闪烁一次，前端操作系统自动从后端临床数据存储库随机提取预先储存的CT扫描图像，且前端操作系统在发光二极管组件的不同定点位置时随机提取的CT扫描图像的清晰度相同，具体的实现方法为：

在步骤403中，识别从后端临床数据存储库提取的第一个预存的CT扫描图像的序列标号，前端操作系统根据CT扫描图像的清晰度调整CT操作参数，以调控再次提取CT扫描图像的实现方法为：

(1)先按照随机提取的方式，从后端临床数据存储库获取的第一个预存的CT扫描图像，如果CT扫描图像是空白图像；

(2)暂停扫描组件工作并复位，调整扫描组件的倾斜角度，并重新从图像集合中的图像数据链中提取CT扫描图像；

(3)根据CT扫描图像的清晰度和对应的序列标号，暂停扫描组件工作并复位，在前端操作系统调整CT操作参数，重新从图像集合中的图像数据链中提取CT扫描图像；

(4)重复上述步骤，直至在第一个扫描点位获取标准的CT扫描图像；

(5)从同一个参考图组字典的其他图像集合内提取标准的CT扫描图像以实现多个角度快速同步获得标准的CT扫描图像，并将同一个参考图组字典内标准的CT扫描图像在前端操作系统中同步显示。

这种获取标准的CT扫描图像的方式，总结如下：

先在0°位置调控CT扫描参数，直至在0°位置获取标准的CT扫描图像；

由于同一个参考图组字典内的不同图像集合对于CT扫描图像的序列标号方式相同，均将图像数据链的图像清晰度与图像数据链的序列标号之间形成正态分布图，因此不同图像集合内的标准CT扫描图像对应的序列标号相同；

最后，直接快速的通过相同的序列标号提取其他图像集合，提取标准CT扫描图像，从而可避免每个扫描点位均需要调控CT操作参数，而影响教学进度的问题且过长的等待调整过程的问题，从而达到教学工作中的灵活性和稳定性的平衡。

步骤500、根据前端操作系统的CT扫描图像的清晰度重新调控CT操作参数，直至获取标准的CT扫描图像，且前端操作系统利用序列区分模块降低每次获取清晰度最高的CT扫描图像的提取次数；

步骤600、根据标准的CT扫描图像填写并提交模拟诊断报告，自动从后端临床数据存储库随机提取与CT扫描图像对应的专家诊断报告，对比模拟诊断报告和专家诊断报告以至理解提高。

在步骤500中，前端操作系统利用序列区分模块降低获取清晰度最高的CT扫描图像的操作次数，以增加CT教学模拟过程中的稳定性，具体的实现方式为：

在前端操作系统上自动显示CT扫描图像，确定CT扫描图像的清晰度；

根据清晰度微调CT操作参数，重新模拟CT扫描工作并自动获取CT扫描图像，同时利用序列区分模块确定CT扫描图像的序列号，并在微调CT操作参数时利用序列区分模块逐步提取清晰度增强的CT扫描图像。

在第一个扫描定点获取标准的CT扫描图像后，按照标准的CT扫描图像对应的序列标号从同一个参考图组字典剩余的图像集合内提取对应不同扫描位置的标准的CT扫描图像。

举例来说，扫描部位按照默认移动距离的方式，移动床体组件按照调控指令带动到达默认位置，且在移动床体组件到达默认位置后，发光二极管组件随着转动圆筒的转动角度而定频闪烁，且在发光二极管组件每完成一次闪烁则自动触发前端操作系统从后端临床数据存储库的图像字典内自动提取并显示CT扫描图像，前端操作系统根据CT扫描图像的显示结果随时调控转动圆筒复位，且前端操作系统通过床体位置微调模块调整CT操作参数并通过扫描方式调控模块调整扫描座的倾斜角度，且重复发光二极管组件和转动圆筒的工作以查看调整结果，直至调整至获取清晰的CT扫描图像，以模拟现实操作的工作。

由于图像字典内的CT扫描图像在每次启动扫描模拟时都重新打乱顺序，因此发光二极管组件每次闪烁后，前端操作系统从后端临床数据存储库的图像字典内自动提取的CT扫描图像随机，且在二次调整床体位置微调模块和扫描方式调控模块的参数后，按照逐步提高清晰度的方式提取CT扫描图像，直至获取清晰的CT扫描图像。

至于曝光参数调整模块是同样的操作原理。

另外还需要说明的是，本实施方式的操作方式是通过先调控0°位置的清晰度，直至获取标准的CT扫描图像，还可以通过先随机提取所有角度，即0°、45°、90°和135°的CT扫描图像，CT扫描图像可以完全随机，或者利用序列区分模块确定0°的CT扫描图像的序列号，再按照相同的序列号提取其他角度的CT扫描图像，根据所有角度的CT扫描图像的清晰度情况调整CT操作参数，直至获取标准的CT扫描图像，这种方式可以更加直观或者完全的向学生展示CT操作参数对CT扫描图像的拍摄清晰度的重要性，但是这种操作的方式复杂，操作时间更长，不方便教学，因此本实施方式的实现方式更利于课堂教学。

本实施方式主要用于通过软硬件结合的方式模拟实际应用中的CT扫描操作，其中，利用扫描机架的能动性，以及扫描床与扫描机架的相对位置模拟实际应用中对人体不同部位的扫描检查工作，利用仿真操作试验增加学生在学习过程中的代入感，另外，通过增加对扫描机架的倾斜扫描和垂向扫描的实验方式，以及增加扫描床在每个扫描部位的微调功能，来模拟实际应用中由于出现位置偏差和扫描阻挡的问题时，如何选择性的调整扫描机架的倾斜角度以及扫描床的实际位置，同时在调整硬件装置时对应的调整显示图像的清晰度，从而使得整个CT教学系统的灵活性更高，且模拟仿真的真实感更加强烈，更加符合实际应用中的操作。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种CT教学模拟系统，其特征在于：包括CT扫描硬件装置(1)，以及与所述CT扫描硬件装置(1)通过无线模块(2)通讯交互的软件控制系统(3)，其中，

所述CT扫描硬件装置(1)用于仿真模拟CT扫描的垂向扫描方式和倾斜扫描方式，且所述CT扫描硬件装置(1)按照特定角度螺旋更改扫描点位以模拟CT图像重建方法及焦平面对CT图像成像影响；

所述软件控制系统(3)包括后端临床数据存储库(31)和前端操作系统(32)，所述后端临床数据存储库(31)预先储存若干组对应不同扫描部位的CT扫描图像，所述前端操作系统(32)通过调控CT操作参数改变所述CT扫描硬件装置(1)按照垂向扫描或者倾斜扫描的方式模拟对不同扫描部位的CT扫描工作；

所述CT扫描硬件装置(1)通过不同颜色的灯带区分对不同扫描部位的扫描工作，且所述前端操作系统(32)通过改变所述CT操作参数以调控所述灯带的颜色与亮度以模拟X射线的源能量高低；

所述前端操作系统(32)在所述CT扫描硬件装置(1)完成扫描后从所述后端临床数据存储库(31)随机提取并显示相应的所述扫描部位的所述CT扫描图像；

所述前端操作系统(32)根据随机提取的所述CT扫描图像的清晰度再对所述CT扫描硬件装置(1)对所述CT操作参数进行调整，且所述前端操作系统(32)按照提高清晰度的方式提取所述CT扫描图像以提高对模拟影响所述扫描部位清晰度操作的可控性。

2.根据权利要求1所述的一种CT教学模拟系统，其特征在于：所述CT扫描硬件装置(1)包括立体平台(11)、设置在所述立体平台(11)上的扫描组件(12)、横穿所述扫描组件(12)的移动床体组件(13)，以及驱动所述扫描组件(12)完成垂向扫描方式和倾斜扫描方式的动力组件；

所述移动床体组件(13)在所述扫描组件(12)的包围圈内部线性移动至不同位置以模拟对不同扫描部位的CT扫描操作；

所述灯带具体为安装在扫描组件(12)上且用于模拟CT扫描工作的发光二极管组件(15)，且所述发光二极管组件(15)根据不同的扫描部位显示不同的颜色以直观演示CT成像原理；

所述扫描组件(12)在所述移动床体组件(13)到达所述扫描部位后按照固定间隔角度转动，从所述后端临床数据存储库(31)随机提取并显示相应的所述扫描部位的所述CT扫描图像，并根据所述CT扫描图像的清晰度重新调控所述移动床体组件(13)微调位置，所述扫描组件(12)通过垂向扫描或倾斜扫描的方式继续按照固定间隔角度转动追踪所述扫描部位以直观演示CT图像重建的反投影算法。

3.根据权利要求2所述的一种CT教学模拟系统，其特征在于：以及与所述无线模块(2)电性连接的微处理器单元(14)，且所述微处理器单元(14)与所述移动床体组件(13)和所述扫描组件(12)通信连接，所述微处理器单元(14)用于接收所述前端操作系统(32)的控制指令并顺序调控所述移动床体组件(13)和所述扫描组件(12)工作以模拟CT扫描操作；

其中，所述发光二极管组件(15)在所述动力机构的带动下在所述移动床体组件(13)的上方每转动45°时闪烁一次以直观演示CT图像重建的反投影算法，所述移动床体组件(13)与所述转动圆筒(123)之间的相对位置关系确定对人体不同的所述扫描部位的CT扫描操作，且所述微处理器单元(14)在所述发光二极管组件(15)闪烁时通过所述无线模块(2)自动向所述前端操作系统(32)发送数据以从所述后端临床数据存储库(31)提取并显示对应所述扫描部位的所述CT扫描图像。

4.根据权利要求2所述的一种CT教学模拟系统，其特征在于：所述前端操作系统(32)包括登录界面、患者信息录入界面、扫描选择调控界面、图像显示界面和诊断结果撰写界面，所述后端临床数据存储库(31)内预先储存若干组真实拍摄的CT扫描图像和专家诊断报告，所述诊断结果撰写界面填写诊断结果提交后自动显示所述后端临床数据存储库(31)内预先存储的专家诊断报告以对比提高学生诊断能力；

其中，所述CT操作参数分布在所述扫描选择调控界面上，所述扫描选择调控界面包括但不限于床体位置微调模块(321)、扫描方式调控模块(322)和曝光参数微调模块；

所述床体位置微调模块(321)通过调整所述移动床体组件(13)的位置以模拟微调CT扫描位置对所述CT扫描图像的清晰度影响；

所述扫描方式调控模块(322)通过将所述扫描组件(12)的垂向扫描方式更改为倾斜扫描方式以选择最佳扫描角度和路径模拟CT成像原理；

所述曝光参数微调模块通过调整所述发光二极管组件(15)的颜色及亮度以模拟X射线曝光度对所述CT扫描图像的清晰度影响。

5.根据权利要求3所述的一种CT教学模拟系统，其特征在于：所述后端临床数据存储库(31)按照树状图的方式分类保存不同的所述扫描部位的多个所述CT扫描图像，所述后端临床数据存储库(31)包括用于存储若干个不同所述扫描部位的所述CT扫描图像的数据库子单元(311)，每个所述数据库子单元(311)内分别设有多组用于保存同一个所述扫描部位的参考图组字典(312)，不同的所述参考图组字典(312)用于表示该所述扫描部位的不同症状，且每个所述参考图组字典(312)均由对应不同固定间隔角度的多组图像集合(313)以及专家评断报告组成，每组所述图像集合(313)内包括多个清晰度不同的所述CT扫描图像以及一个标准的所述CT扫描图像，以方便模拟所述CT操作参数对所述CT扫描图像的清晰度的影响。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述CT教学模拟系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤100、建立前端操作系统与CT扫描硬件装置之间的通讯连接，测试所述前端操作系统与CT扫描硬件装置之间的数据收发功能；

步骤200、在所述前端操作系统上选择扫描部位，定义每个扫描部位对应的移动床体组与扫描组件之间的相对移动距离，且选定影响CT成像的CT操作参数；

步骤300、所述移动床体组件按照所述前端操作系统选择的移动距离移位至相应的所述扫描部位，并且所述扫描组件按照选定的CT操作参数调整发光二极管组件颜色及亮度，且对上述选定的所述扫描部位按照特定角度螺旋的方式以模拟CT扫描成像原理；

步骤400、所述前端操作系统自动从后端临床数据存储库随机提取预先储存对应所述扫描部位的CT扫描图像，并将所述CT扫描图像进行图像预处理后在所述前端操作系统显示；

步骤500、根据所述前端操作系统的所述CT扫描图像的清晰度重新调控CT操作参数，直至获取标准的所述CT扫描图像，且所述前端操作系统利用序列区分模块降低每次获取清晰度最高的所述CT扫描图像的提取次数；

步骤600、根据标准的所述CT扫描图像填写并提交模拟诊断报告，自动从所述后端临床数据存储库随机提取与所述CT扫描图像对应的专家诊断报告，对比所述模拟诊断报告和所述专家诊断报告以至理解提高。

7.根据权利要求6所述的一种CT教学模拟系统的控制方法，其特征在于，在步骤400中，所述后端临床数据存储库内预先存储多组对应不同扫描部位真实拍摄的数据库子单元，且每组所述数据库子单元内存储有单个所述扫描部位的不同病状的参考图组字典，每个所述参考图组字典内包含多个对应发光二极管组件不同定点位置的所述图像集合，且每个所述图像集合内包含多个清晰度不同的所述CT扫描图像以及一个标准的所述CT扫描图像；

所述扫描组件带动发光二极管组件按照特定角度螺旋的方式移位，且通过调控所述发光二极管组件在每个定点位置的亮度来直观演示CT成像原理，所述发光二极管组件每闪烁一次，所述前端操作系统自动从后端临床数据存储库随机提取预先储存的CT扫描图像，且所述前端操作系统在所述发光二极管组件的不同定点位置时随机提取的所述CT扫描图像的清晰度相同，具体的实现方法为：

步骤401、将所述CT扫描图像分为空白图像和表示不同清晰度的图像数据链，且对图像数据链的不同清晰度的图像按照序列标号定义；

步骤402、所述扫描组件按照特定角度螺旋转动的方式模拟CT扫描操作时，所述前端操作系统按照特定角度螺旋的扫描点位个数提取自动从所述图像集合获取预存的所述CT扫描图像，并主动识别图像的清晰度以模拟不同人体在CT扫描时的位置偏差；

步骤403、识别从所述后端临床数据存储库获取的第一个预存的所述CT扫描图像的序列标号以方便所述CT扫描图像后续的提取操作。

8.根据权利要求7所述的一种CT教学模拟系统的控制方法，其特征在于，在步骤403中，识别从所述后端临床数据存储库提取的第一个预存的所述CT扫描图像的序列标号，所述前端操作系统根据所述CT扫描图像的清晰度调整所述CT操作参数，以调控再次提取所述CT扫描图像的实现方法为：

先按照随机提取的方式，从所述后端临床数据存储库获取的第一个预存的所述CT扫描图像，如果所述CT扫描图像是空白图像；

暂停所述扫描组件工作并复位，调整所述扫描组件的倾斜角度，并重新从所述图像集合中的所述图像数据链中提取所述CT扫描图像；

根据所述CT扫描图像的清晰度和对应的序列标号，暂停所述扫描组件工作并复位，在前端操作系统调整所述CT操作参数，重新从所述图像集合中的所述图像数据链中提取所述CT扫描图像；

重复上述步骤，直至在第一个扫描点位获取标准的所述CT扫描图像；

从同一个所述参考图组字典的其他图像集合内提取标准的所述CT扫描图像以实现多个角度快速同步获得标准的所述CT扫描图像，并将同一个所述参考图组字典内标准的所述CT扫描图像在所述前端操作系统中同步显示。

9.根据权利要求8所述的一种CT教学模拟系统的控制方法，其特征在于，在步骤500中，所述前端操作系统利用序列区分模块降低获取清晰度最高的所述CT扫描图像的操作次数，以增加CT教学模拟过程中的稳定性，具体的实现方式为：

在所述前端操作系统上自动显示所述CT扫描图像，确定所述CT扫描图像的清晰度；

根据清晰度微调所述CT操作参数，重新模拟CT扫描工作并自动获取所述CT扫描图像，同时利用所述序列区分模块确定所述CT扫描图像的序列号，并在微调所述CT操作参数时利用序列区分模块逐步提取清晰度增强的所述CT扫描图像；

在第一个扫描定点获取标准的所述CT扫描图像后，按照标准的所述CT扫描图像对应的序列标号从同一个所述参考图组字典剩余的所述图像集合内提取对应不同扫描位置的标准的所述CT扫描图像。

10.根据权利要求9所述的一种CT教学模拟系统的控制方法，其特征在于，所述图像数据链的图像清晰度与所述图像数据链的序列标号之间形成正态分布图，标准的所述CT扫描图像对应的所述序列标号为中间数字，所述序列区分模块在所述CT操作参数调整后将所述序列标号按照靠近所述中间数字的方式提取对应的所述CT扫描图像，以降低提取标准的所述CT扫描图像的操作次数。

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