CN113129659B - 同步教学装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于超声教学的同步教学装置及系统，同步教学装置包括用于采集医生在超声检查时的教学内容及数据信息的教学端和用于学生接收教学内容及数据信息并进行同步学习的学生端，其中，教学端至少包括用于获取超声图像的超声模块，学生端设置有能够进行超声检查模拟操作的学习模拟模块，其中，学习模拟模块能够基于光纤单元和/或传感器单元对学生同步使用模拟探头进行模拟操作获得的数据信息进行采集，以使得学生端能够对学生的操作手法进行对比和/或评估。

Description

同步教学装置及系统

技术领域

本发明涉及超声教学技术领域，尤其涉及一种超声检查的同步教学装置及系统。

背景技术

超声波检查是利用超声产生的波在人体内传播时，通过示波屏显示体内各种器官和组织对超声的反射和减弱规律来诊断疾病的一种方法，其利用人体对超声波的反射进行观察，用弱超声波照射到人体上，将人体组织的反射波进行图像化处理。

现阶段，在医学院的实践教学模式是：在医学院的教室为学生上理论课程，偶尔播放一下预先存储好的历史视频教程，然后再在另外时间单独安排学生进医院进行临床实践，进行一对多的现场演示。期间教学老师均为医院超声科的医生，在承担繁重医疗工作的同时，还要单独安排大量时间前往学校进行授课，以及选择空余时间安排学生来教学医院进行临床实践指导，这样将医生大量的宝贵时间都耽误在来回返程的路上；其次在教学演示时仅仅是做理论指导，对于以临床操作为主的医学影像的教学，事倍功半，而且学生人员数量较多，仅能走马观花，无法充分进行一对一师生互动学习，也无法针对标准超声图像所采取的操作手法进行全面准确的展示，使学生理解和掌握的难度加大，并大大弱化了教学演示效果。

CN203169211 U提供了一种超声会诊教学系统，包括：超声影像采集单元，用于采集患者的医学影像信息并输出；中央服务器，用于超声影像采集单元输出的影像信息，对影像信息进行处理、存储并输出；教学终端，用于与中央服务器进行数据交互，实现诊断同时对学员进行同步教学；本实用新型的超声会诊教学系统，能够在会诊的同时对学员进行教学，能够方便各地的专家对不同地的患者的病症根据超声影像进行诊断并及时提供诊断方式与方法，提高诊断效率，使病人能够尽快地恢复健康，而且也能够方便地使学员参与到会诊中，将理论与专家对实际诊断结合起来，并可实时提问讨论，提高学习效率，将资源有效地整合，节约资源。

CN111445769 A公开了一种基于小程序的超声教学系统，涉及超声教学技术领域，包括：逻辑后台端，保存预先生成的设备使用说明及每个检查部位的影像教学数据；至少一学员端，搭载有小程序，学员端通过小程序分别与超声设备和逻辑后台端进行信息交互，学员端用于识别超声设备的设备信息，并与设备信息关联的超声设备建立通信连接；根据设备信息加载设备信息对应的设备使用说明以供学员端的学员查看；根据设备信息对超声设备进行模拟调参，并将模拟调参结果通过小程序进行显示以供学员查看；影像教学模块，用于针对超声检查的每个检查部加载相应的影像教学数据以供学员端的学员查看。将超声设备和超声诊断的培训有机结合，使用户更容易上手设备，利于诊断。

但上述的现有技术既没有很好地解决超声教学过程中的同步性和实时性的问题，也没有让学生能够跟着医生进行同步模拟操作，无法将理论与实践结合起来，使得学生的教学效果无法保证也无法评估。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的是超声教学过程中的同步性、实时性、实践性等问题，以通过教学端、服务器和学生端的连接，加上能够借助光纤单元和/或传感器单元对超声检查过程中的操作手法进行数字可视化的模拟模块，从而实现学生在医生进行超声教学过程中能够实时听课互动，并完成同步模拟操作的技术效果。

本发明提供了一种同步教学装置，其包括用于采集医生在超声检查时的教学内容及数据信息的教学端和用于学生接收教学内容及数据信息并进行同步学习的学生端。

教学端至少包括用于获取超声图像的教学超声模块。教学超声模块可以包括用于获取超声图像的超声探头、用于提供握持部位的基座、用于控制检查流程的操控单元、用于产生超宽频带超声的波束形成器及用于以高分辨率显示图像的成像单元。

学生端设置有能够进行超声检查模拟操作的学习模拟模块。学习模拟模块能够基于光纤单元和/或传感器单元对学生同步使用模拟探头进行模拟操作获得的数据信息进行采集，以使得学生端能够对学生的操作手法进行对比和/或评估。学习模拟模块包括与模拟探头配对的模拟假人。可选地，模拟假人包括男性模拟假人和/或女性模拟假人。模拟假人在不同检查部位对应的仿真皮肤层下设置若干检查区域。检查区域内设置有若干采样点，以通过光纤单元和/或传感器单元来监测超声检查过程中若干采样点的采集数据。运算分析单元能够将采集数据经过运算分析后获得的运算数据与医生教学时的数据信息进行对比，以获取学生使用模拟探头与医生使用超声探头在操作手法上的差异度，从而评估学生使用学生端进行同步教学的教学效果。

该技术方案的优点在于：学生端可以通过模拟假人进行超声检查的模拟操作，使得学生能够在教学过程中将理论知识与实践相结合，从而能够更有效地提高教学效果。由于男性和女性的生理构造及所需检查的部位存在差异，因此，男性模拟假人和女性模拟假人可针对不同的教学内容进行讲授。同时还可以设置包含特定检查部位的部分生理构造，以降低制造整体模拟假人的制造成本。学习模拟模块能够基于光纤单元和/或传感器单元，以通过不同的采集方式获取超声检查过程中的包括扫查路径和/或检查姿势等的操作手法，同时可设置相应的评估机制以判断学生在同步教学过程中的教学效果，使得医生能够及时掌握学生的学习情况，并随时对教学内容和教学进程进行调整，从而使得整个同步教学过程的准确性更高、实时性更强。

模拟假人能够在检查区域内布设至少一个光纤单元的光纤部件以采集模拟操作时的数据信息。数据信息是光感应部件采集光纤部件受到模拟探头的按压力而产生的形变信号所转换成的数字信号。光感应部件能够将采集的光纤部件的形变信号传输至运算分析单元以进行数字化处理，从而获得若干数据帧。每个数据帧均包括对光纤部件进行监测的多个采样点的数据信息。运算分析单元能够对数据帧内的采样数据进行相差运算，以得到能够反映学生使用模拟探头在检查部位进行超声检查时的操作手法的运算数据集。运算数据集内的运算数据能够与预设感应阈值进行比较，以判断模拟探头在模拟假人仿真皮肤层上的检查点位，并能够根据时间顺序拟合出模拟探头的检查路径。运算数据集内的运算数据能够根据预设规则确定停留持续时间和/或上升沿斜率和/或下降沿斜率，以分别获取模拟探头在同一检查点位上检查持续时间和/或施力速度和/或卸力速度。

该技术方案的优点在于：创新地将光纤技术应用于超声教学领域中，基于光纤的干扰小、损耗极低、抗电磁干扰强、材料来源丰富、环保、无辐射、适应性强、寿命长等优点，使埋设于模拟假人仿真皮肤下的光纤部件能够灵敏且准确地判断出模拟探头的检查点位和/或按压力度和/或扫查路径。优选地，在模拟假人仿真皮肤下以多层叠排的方式设置光纤部件不仅可以减缓光纤部件的折损以延长光纤部件的寿命，还可以对采集的数据信息进行校准和校正以增加采样数据的准确性。进一步地，还可以获取模拟探头在同一检查点位上检查持续时间和/或施力速度和/或卸力速度，从而实现精准数字化的同步教学。同时还可以通过不同颜色和/或不同深浅的光来显示带有按压力度的扫查路径，以实现可视化的同步教学。

传感器单元设置于模拟探头上以获取采样数据，通过运算分析单元对采样数据进行运算处理，以获取学生使用模拟探头的操作手法。传感器单元可以包括压力传感器和/或姿态角度传感器。

该技术方案的优点在于：传感器单元可以包括压力传感器和/或姿态角度传感器，压力传感器能够采集超声(模拟)探头的压力信号，以反映超声(模拟)探头的按压力度；姿态角度传感器能够采集超声(模拟)探头旋转轴和绕轴旋转角度、方位数据等，以反映超声(模拟)探头的扫查姿势。通过压力传感器和姿态角度传感器的结合使用，能够以数据化的形式捕捉超声检查过程中尤其是在同一检查点位上的操作手法。

同步教学系统采用了上述任一同步教学装置，同步教学系统在同步教学装置的教学端与学生端之间以服务器连接。服务器能够通过设置网络模块和/或流媒体模块以提高教学端与学生端之间的数据传输效率，从而进一步实现超声教学的同步性与实时性。

该技术方案的优点在于：服务器能够与至少一个教学端和至少一个学生端进行连接，以使得多名医生和/或多名学生能够同时参与到同步教学中，以大幅提高教学效率。同时服务器能够通过高效的网络模块和/或流媒体模块来提高教学端与学生端之间的数据传输效率，以降低教学过程中的延迟，而更进一步地实现超声教学的同步性和实时性。

附图说明

图1为同步教学装置在一种优选实施例中的结构示意图；

图2为教学端在一种优选实施例中的结构示意图；

图3为学生端在一种优选实施例中的结构示意图；

图4为光纤单元在一种优选实施方式中的结构示意图；

图5为同步教学系统在一种优选实施例中的结构示意图；

图6为服务器在一种优选实施例中的结构示意图。

附图标记列表

100：同步教学系统 200：同步教学装置

300：服务器 310：暂存模块

320：数据库 330：网络模块

340：流媒体模块 400：教学端

410：教学超声模块 411：超声探头

412：基座 413：操控单元

414：波束形成器 415：成像单元

420：教学处理模块 430：教学通讯模块

440：教学音视频模块 441：教学录音单元

442：教学录像单元 443：教学显示单元

444：教学扩音单元 500：学生端

510：学习模拟模块 511：模拟探头

512：模拟假人 513：光纤单元

514：传感器单元 520：学习处理模块

521：运算分析单元 530：学习通讯模块

540：学习音视频模块 550：光纤部件

551：光感应部件 552：激光器

553：第一光纤组 554：第二光纤组

555：第三光纤组 560：压力传感器

561：姿态角度传感器

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

如图1所示为同步教学装置200在一种优选实施例中的结构示意图。

本发明提供了一种同步教学装置200，其包括用于采集医生在超声检查时的教学内容及数据信息的教学端400和用于学生接收教学内容及数据信息并进行同步学习的学生端500。

如图2所示为教学端400在一种优选实施例中的结构示意图。

教学端400可以包括教学超声模块410、教学处理模块420、教学通讯模块430及教学音视频模块440。

用于获取超声图像的教学超声模块410至少包括超声探头411和基座412，其中，超声探头411根据使用用途可包括用于腹部检查的凸阵探头、用于外周血管、甲状腺、乳腺、脊骨、关节等浅表脏器检查的线阵探头及用于心脏检查的扇形探头等。教学超声模块410还可包括用于控制检查流程的操控单元413、用于产生超宽频带超声的波束形成器414及用于以高分辨率显示图像的成像单元415等。操控单元413可以是物理按键和/或触碰按键，以使得医护人员能够通过操控单元413对教学超声模块410的功能和/或参数进行选择、调整、设置。操控单元413可带有提示灯和/或提示音，以使得医生在操作操控单元413时按下的按键和/或设置的参数能够以灯光和/或语音的形式输出，以形成操控单元413的视觉和/或听觉形式的教学。波束形成器414是全数字化超声成像的基础，也是高性能彩超的保证。数字波束形成包括发射和接收两个部分。数字是接收波束形成的关键技术，它通过使用顺序储存器FIFO或随机存取存储器双端口RAM替代模拟式波束形成器中的LC延时线来实现波束聚焦，即以数字延时补偿替代模拟延时的补偿。数字延时不仅能实现精确延时补偿，实现所谓的逐点跟踪式动态聚焦，还能方便实现动态孔径、动态变迹控制，克服模拟式延时补偿存在的诸多固有缺点，通道数增加不受限制，使图像品质得以全面提高。成像单元415能够显示超声探头411在检查区域内探测到的超声图像，随着超声探头411的移动，成像单元415上的超声图像也能够同步变化。成像单元415可以是CRT(Cathode Ray Tube)阴极射线管显示器，PDP(Plasma Display Panel)等离子显示器，LCD(Liquid-Crystal Display)液晶显示器，OLED(Organic Light-Emitting Diode)有机发光二极管显示器，以及近些年出现的MicroLED(Micro Light-Emitting Diode)微发光二极管显示器等。

与基座412连接的导线的另一端连接至教学处理模块420以使得教学超声模块410获取的超声图像和/或数据信息能够通过导线传输至教学处理模块420从而完成图像的编码和/或数据的处理。超声图像经过编码后能够在满足一定质量(例如信噪比的要求或主观评价得分)的条件下，以较少比特数表示图像或图像中所包含的信息，从而使得被压缩的超声图像能够被更快地传送。

教学处理模块420还可以与教学音视频模块440连接以使得教学音视频模块440获取的教学端400所在空间的音频和/或视频能够被教学处理模块420进行编码处理，其中，教学音视频模块440可以获取包括医生谈及教学内容的音频、医生与病人间谈话内容的音频、医生检查过程中操作手法演示的视频等。可选地，教学音视频模块440可包括用于获取音频的教学录音单元441、用于获取视频的教学录像单元442，用于播放图像的教学显示单元443和/或用于播放声音的教学扩音单元444。当医生在教学端400以真实病人的案例进行教学时，由于在检查过程中医生与病人进行沟通的语言和技巧也是学生在课堂上进行切实学习的，因此在不涉及病人隐私且征求过病人许可的情况下，可由医生选择是否使用教学音视频模块440对谈话内容进行录制。教学处理模块420可对教学音视频模块440采集到的音频与视频在相同的时间轴下分开进行编码以实现音频与视频的针对性处理。例如，教学处理模块420对教学音视频模块440获取的音频进行编码的同时，也可将其转换为文字形式，并借助结巴分词程序进行语句分析以便于后期生成字幕，同时教学处理模块420还可以在发生录制暂时性中断、出现口误、出现敏感性词汇等多种可能引起语句意思产生缺漏和/或歧义的情况时，借助AI按照语句的句子主干部分类型对句子主干部分进行补充改写优化屏蔽，以满足教学的实时性、同步性和准确性，其中，AI在预设常用语句的基础上，还添加了医学领域，尤其是超声领域的常用专业词句以便于更好地应用于同步教学装置200中，同时AI还能够通过卷积神经网络进行深度学习以实现不断更新；教学处理模块420对教学音视频模块440获取的视频进行编码时，由于视频是由连续的帧构成，而连续的帧之间相似性极高，在对原始的视频进行编码压缩后，能够去除空间、时间维度的冗余，以便于储存传输。

教学处理模块420在完成各类数据信号的处理后，将处理后的数据信号发送给教学通讯模块430，以实现数据信号向外部其他装置的发送。同时，教学通讯模块430也可以接收来自外部其他装置发送的数据信号，并传输给教学处理模块420进行数据处理。

如图3所示为学生端500在一种优选实施例中的结构示意图。

学生端500可以包括学习模拟模块510、学习处理模块520、学习通讯模块530及学习音视频模块540。可选地，教学端400和学生端500内相同功能的模块能够以相同或相似的结构构成。

能够进行超声检查模拟操作的学习模拟模块510可以使学生通过模拟探头511和模拟假人512对超声检查过程进行模拟操作。可选地，模拟假人512可以是男性模拟假人和/或女性模拟假人，也可以是局部人体模型。不同的模拟假人512可以根据所需求的检查部位设置不同的检查区域。

在仿真皮肤层下的模拟假人512内腔区域设置有若干光纤部件550，优选地，光纤部件550可选择更加质轻柔软、容易安装维护、低廉成本、坚固耐用的塑料光纤，以其优异的拉伸强度和耐用性来更好地应对振动和/或弯曲。如图4所示为光纤部件550的一种优选排布方式。优选地，在检查部位对应的模拟假人512检查区域内光纤部件550以多层叠排的方式设置，其中，在光纤部件550以三层叠排的方式设置时可分别设置于第一光纤组553、第二光纤组554和第三光纤组555。第一光纤组553、第二光纤组554和第三光纤组555在模拟假人512检查部位的仿真皮肤层下依次排设，其中，第一光纤组553更靠近于对应的仿真皮肤层，第三光纤组555更远离于对应的仿真皮肤层，第二光纤组554设置于第一光纤组553和第三光纤组555之间。

若干光纤部件550可以分别以不同的排设方式设置于不同的光纤组上，其中，光纤部件550以横向布设方式设置于第一光纤组553上，以纵向布设方式设置于第二光纤组554上，以曲向布设方式设置于第三光纤组555上。

横向布设和纵向布设为若干光纤部件550以直线型结构并行的间隔排设，光纤部件550的排布间隔可根据设置于不同检查部位的不同光纤组的实际需求而确定。纵向布设的方向与模拟假人512由头顶指向脚底的方向近似并行，横向布设的方向至少能够不与纵向布设的方向并行，其中，沿垂直于光纤组安装平面的方向观察，横向布设于第一光纤组553的若干光纤部件550与纵向布设于第二光纤组554的若干光纤部件550能够相互交错以构成光纤网状结构。优选地，沿垂直于光纤组安装平面的方向观察，横向布设的若干光纤部件550与纵向布设的若干光纤部件550能够相互垂直，以构成光纤网格状结构，从而能够将检查区域划分成若干带有坐标的点位。当检查区域仅涉及特定点位的检查和/或单一方向的扫查时，可仅在第一光纤组553和第二光纤组554上设置光纤部件550以节约安装成本。通过横向布设于第一光纤组553的若干光纤部件550与纵向布设于第二光纤组554的若干光纤部件550以相互交错的形式构成的光纤网格状结构，就可以满足对该检查区域的采样点坐标获取，从而确定模拟探头511的检查位置。

光纤部件550还能够以曲向布设的方式设置于第三光纤组555上。优选地，在对第三光纤组555曲向布设光纤部件550时，光纤部件550以环形或类环形或圆弧形等方式布设于第三光纤组555上。例如，光纤部件550能够以多个不闭合同心环的方式布设，以使得在第三光纤组555上的各光纤部件550具有相同曲率但不同半径。第三光纤组555上光纤部件550的布设结构可根据不同检查部位的实际需求而确定，其中，布设结构可包括弯曲程度、布设间隔等，实际需求可包括模拟探头511在该检查区域内的常规扫查路径、光纤部件550自身的弯曲极限等。在检查区域对检查精度有更高要求时，可在该检查区域同时设置有三种不同排布方式的光纤组以增加光纤部件550对模拟探头511的响应精度，尤其适用于模拟探头511需要进行曲线或圆周扫查时，第三光纤组555上布设的光纤部件550能够更好地捕捉到模拟探头511的扫查路径，同时第一光纤组553和/或第二光纤组554上的光纤部件550能够在模拟探头511扫查过时进行特定点的捕捉，以实现对第三光纤组555上布设的光纤部件550采集到的信号进行校准，以保证检查精度。多层叠排的方式可以在模拟探头511对光纤部件550进行长期频繁按压时，以更牢固的多层结构延长了光纤部件550的使用寿命，还可以在其中一层光纤部件550损坏时进行针对性替换，同时由于叠排的每层光纤组上的光纤部件550采用的排设方式互不相同，以使得模拟探头511在检查部位对应的若干检查点位间扫查时的不同扫查路径都可以被其中任一光纤组上的光纤部件550所连续捕捉以获取主要数据信息，而其他光纤组可以通过光纤部件550间断地在多个采样点采集到不同时刻的次要数据信息，以形成对主要数据信息的校准和校正，从而可增加采样数据的精确性。

设置于仿真皮肤层下的光纤部件550在受到模拟探头511的按压作用时产生的形变信号能够被转换为数字信号而进行数据分析，这种形变信号转换为数字信号并被数据分析是采用如下方式达成的：

激光器552能够向光纤部件550发射光脉冲，并由与激光器552设置于同一端的光感应部件551检测沿光纤部件550背向返回的散射光功率，以此获得对应光纤部件550在不同采样点处的数据信号。优选地，激光器552可采用超窄线宽激光器以发射具有重频频率的超短光脉冲，以增加采样数据的频率。当光纤部件550受到模拟探头511的按压力而产生形变时，光感应部件551所采集到的异于常规信号的反馈信号即为形变信号。光纤部件550形变量的大小可以反映在该检查点位模拟探头511的按压力度。在若干光纤部件550以多层叠排的方式设置时，模拟探头511在仿真皮肤层上扫查过的路径能够在沿模拟探头511的按压方向观察时与不同光纤组上以不同布设方式设置的若干光纤部件550交叉或重叠，从而可以得到若干的独立采样点和/或连续采样点，其中，沿模拟探头511的按压方向观察，在不同光纤组上以不同布设方式设置的若干光纤部件550之间能够出现相互交叉和/或重叠的重合点。在模拟探头511的扫查路径能够途经重合点时，位于重合点的不同光纤部件550能够各自独立采样，以在同一重合点的位置获取至少两个采样数据。光感应部件551采集到的形变信号可经过模数转换器转换为数字信号，并通过运算分析单元521对数字信号进行运算处理。优选地，运算分析单元521在进行运算分析之前，能够对同一重合点的多个采样数据进行校准。进一步地，当重合点为独立采样点与连续采样点的重合时，独立采样点的数据能够用于对连续采样点在该重合点处的数据进行校准，以增加数据运算分析的准确性。

根据一种优选实施方式，运算分析单元521能够对数据帧内的采样数据进行相差运算，以得到能够反映学生使用模拟探头511在检查部位进行超声检查时的操作手法的运算数据集。运算数据集内的运算数据能够与预设感应阈值进行比较，以获取模拟探头511在模拟假人512仿真皮肤层上的检查点位。预设感应阈值可设置多级阈值以划分模拟探头511不同等级的按压力度，例如，预设感应阈值可包括第一感应阈值、第二感应阈值、第三感应阈值和第四感应阈值，当运算数据处于第一感应阈值之外，则表示该检查点位没有被模拟探头511检查；当运算数据处于第一感应阈值与第二感应阈值之间，则表示该检查点位受到模拟探头511的轻度按压力；当运算数据处于第二感应阈值与第三感应阈值之间，则表示该检查点位受到模拟探头511的中度按压力；当运算数据处于第三感应阈值与第四感应阈值之间，则表示该检查点位受到模拟探头511的重度按压力；当运算数据处于第四感应阈值之外，则表示该检查点位受到模拟探头511的按压力已超出正常病人的可接受范围。可选地，预设感应阈值还能够以不同的标准划分不同的等级。当模拟探头511进行扫查操作时，随着模拟探头511在模拟假人512仿真皮肤上的滑动，使得模拟假人512仿真皮肤下的多个光纤部件550依次产生形变，根据时间顺序可拟合出模拟探头511的扫查路径。优选地，将拟合得到的扫查路径结合光纤部件550在不同时刻下形变量对应的运算数据，可以得到能够反映不同检查点位按压力度的扫查路径，从而更准确地捕捉检查时的操作手法。可选地，模拟假人512的仿真皮肤上可以显示不同颜色和/或不同深浅的光以反映不同按压力度的扫查路径。优选地，运算数据集内的运算数据还可以根据预设规则确定停留持续时间和/或上升沿斜率和/或下降沿斜率，以分别获取模拟探头511在同一检查点位上检查持续时间和/或施力速度和/或卸力速度，从而也能够更准确地捕捉检查时的操作手法。

根据一种优选实施方式，传感器单元514能够设置于模拟探头511上以根据传感器单元514的不同类型获取不同的采样数据，并通过学习处理模块520的运算分析单元521对采集数据进行运算处理，以获取学生使用模拟探头511在特定检查点位时的操作手法，其中，传感器单元514可以包括压力传感器560和/或姿态角度传感器561等。按压力度可通过压力传感器560获取模拟探头511在检查部位的皮肤表面受到的压力，并将压力信号转换为电信号以便于信号传输；扫查姿势可通过姿态角度传感器561获取探头旋转轴和绕轴旋转角度、方位数据，再经现有技术的传感器数据融合算法以获得姿势数据。传感器单元514主要能够检测在一个检查点位下模拟探头511的按压力度和转动姿势。

根据一种优选实施方式，光纤单元513可以与传感器单元514联合工作，以实现基于扫查路径和检查姿势等多方面的操作手法监测，以更准确更灵敏地捕捉学生使用模拟探头511的操作过程。

学生端500可以通过学习通讯模块530将教学效果反馈给使用教学端400的医生，以使得医生能够实时了解学生的学习情况，从而能够随时调整教学计划和教学进程。学习通讯模块530还可以将教学端400以音/视频的形式传输的教学内容传输至学习音视频模块540，以进行同步观看和/或收听。学生也可以通过学习音视频模块540采集想与医生沟通的包括见解、看法、疑问、建议等内容，并通过学习通讯模块530将采集的内容直接或间接地传输至教学端400。

运算分析单元521可以采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现多个进程的并行运算，以使得运算分析单元521能够更快速且精准地判断出检查点位和/或按压力度。

如图5所示为同步教学系统100在一种优选实施例中的结构示意图。

本发明还提供了一种同步教学系统100，同步教学系统100可采用上述任一实施例中的同步教学装置200，其中，同步教学系统100在同步教学装置200的教学端400和学生端500之间设置有服务器300。服务器300分别连接于至少一个教学端400和至少一个学生端500，以在教学端400与学生端500之间传递信号，从而形成同步教学系统100的基本构架。优选地，服务器300连接于一个教学端400和若干学生端500，以使得医生能够同时对多个学生进行同步超声教学，从而提高教学效率。连接于服务器300的学生端500的数量根据同时进行学习的学生数量而确定，为保证教学质量和教学效果，接入服务器300的学生端500可设有最大阈值。

教学端400的教学超声模块410可以与学生端500的学习模拟模块510具有相同或相似的结构，以更好地进行同步教学。例如教学端400也可使用模拟假人512并基于光纤单元513和/或传感器单元514来实现数据采集，以使得学生端500和教学端400处于相同的评判标准。教学端400获取的采样数据通过教学处理模块420的运算分析单元521数据处理后由教学通讯模块430经由服务器300发送至学生端500。学生端500的学习处理模块520的运算分析单元521在接受医生教学时的数据信息后，将其与自身运算分析后获得的运算数据进行对比，以获取学生使用模拟探头511与医生使用超声探头411在操作手法上的差异度，从而评估学生使用学生端500进行同步教学的教学效果。每个学生的教学效果都可通过学习通讯模块530反馈至教学端400，使得医生能够实时了解每个学生的学习情况，从而能够随时调整教学计划和教学进程。

根据一种优选实施方式，采用相同或相似的结构的教学超声模块410和学习模拟模块510，在教学端400根据若干检查点位的先后顺序及形变程度可通过不同颜色和/或不同深浅的光反映扫查路径的走向及扫查路径上不同检查点位受到的按压力度，使学生能够看到扫查的细节。同时，在学习端的模拟假人512上也可在对应部位同步显示不同颜色和/或不同深浅的光，以使得学生能够更加直观地进行观察和参照。之后学生在通过学习模拟模块510进行模拟操作时，模拟探头511可设置能够显示不同颜色的指示灯，以直观反映学生在使用模拟探头511的操作手法与医生使用超声探头411的操作手法的差异度。例如，当按压力度和扫查姿势在预设的误差范围内时显示第一颜色，并在按压力度和扫查姿势至少存在一项差异较大时显示第二颜色。进一步地，当仅为按压力度存在较大差异时显示第三颜色；当仅为扫查姿势存在较大差异时显示第四颜色；当按压力度和扫查姿势均存在较大差异时显示第五颜色。可选地，可通过颜色的深浅表示差异的幅度，例如，颜色越深表示差异越大；颜色越浅表示差异越小。不同情况下显示的各种颜色学生可通过学生端500进行替换。

如图6所示为服务器300在一种优选实施例中的结构示意图。

服务器300内置的暂存模块310能够用于暂存同步教学装置200获取的数据信号。可选地，暂存模块310还可储存用户指南以便于医生和/或学生在无法正常运行教学系统的情况下，通过调取用户指南以获得正确的指引。暂存模块310还可以根据医生的需求将暂存于暂存模块310的数据信号上传至服务器300的数据库320中，数据库320能够对历史教学文件进行储存，并能够在医生和/或学生需要查阅时随时进行调取。优选地，数据库320还能够储存若干常规案例、经典案例和/或疑难案例等提供于医生和/或学生下载。服务器300还可设置具有足够性能指标的网络模块330以保证数据信号在同步教学装置200、服务器300及学生端500等各设备之间进行无线通讯时的传输速度，从而保证同步教学的需求。服务器300还可设置以流方式在网络中传送音频、视频和/或多媒体文件的流媒体模块340，流媒体模块340将连续的音频和/或视频信息在经过压缩后通过网络模块330的传输使学生能够边下载边观看医生的实时教学视频以实现医生向学生的同步教学，从而既节省了需要将整个文件下载完毕后才能播放学习的等待时间，又可避免因错过同步教学时机而跟不上学习进度的情况发生。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种同步教学装置(200)，其用于进行超声教学，其包括：

教学端(400)，用于采集医生在超声检查时的教学内容及数据信息，

学生端(500)，用于学生接收所述教学内容及数据信息，并进行同步学习，

其中，所述教学端(400)至少包括用于获取超声图像的教学超声模块(410)，所述教学超声模块(410)能够设置有用于获取超声图像的超声探头(411)、用于提供握持部位的基座(412)、用于控制检查流程的操控单元(413)、用于产生超宽频带超声的波束形成器(414)及用于以高分辨率显示图像的成像单元(415)，

其特征在于，

所述学生端(500)设置有能够进行超声检查模拟操作的学习模拟模块(510)，其中，所述学习模拟模块(510)能够基于光纤单元(513)和/或传感器单元(514)对学生同步使用模拟探头(511)进行模拟操作获得的数据信息进行采集，以使得所述学生端(500)能够对学生的操作手法进行对比和/或评估；

所述学习模拟模块(510)包括与所述模拟探头(511)配对的模拟假人(512)，其中，所述模拟假人(512)包括男性模拟假人和/或女性模拟假人，所述模拟假人(512)在不同检查部位对应的仿真皮肤层下设置若干检查区域；

所述模拟假人(512)能够在所述检查区域内布设至少一个所述光纤单元(513)的光纤部件(550)以采集模拟操作时的数据信息，所述数据信息是光感应部件(551)采集所述光纤部件(550)受到所述模拟探头(511)的按压力而产生的形变信号所转换成的数字信号；

所述光感应部件(551)能够将采集的所述光纤部件(550)的形变信号传输至运算分析单元(521)以进行数字化处理，从而获得若干数据帧，其中，每个数据帧均包括对所述光纤部件(550)进行监测的多个采样点的数据信息；

在检查部位对应的模拟假人(512)检查区域内光纤部件(550)以多层叠排的方式设置，其中，在光纤部件(550)以三层叠排的方式设置时可分别设置于第一光纤组(553)、第二光纤组(554)和第三光纤组(555)，第一光纤组(553)、第二光纤组(554)和第三光纤组(555)在模拟假人(512)检查部位的仿真皮肤层下依次排设，其中，第一光纤组(553)更靠近于对应的仿真皮肤层，第三光纤组(555)更远离于对应的仿真皮肤层，第二光纤组(554)设置于第一光纤组(553)和第三光纤组(555)之间；

若干光纤部件(550)分别以不同的排设方式设置于不同的光纤组上，其中，光纤部件(550)以横向布设方式设置于第一光纤组(553)上，以纵向布设方式设置于第二光纤组(554)上，以曲向布设方式设置于第三光纤组(555)上；

纵向布设的方向与模拟假人(512)由头顶指向脚底的方向近似并行，横向布设的方向至少能够不与纵向布设的方向并行，其中，沿垂直于光纤组安装平面的方向观察，横向布设于第一光纤组(553)的若干光纤部件(550)与纵向布设于第二光纤组(554)的若干光纤部件(550)能够相互交错以构成光纤网状结构。

2.根据权利要求1所述的同步教学装置，其特征在于，所述运算分析单元(521)能够对所述数据帧内的数据信息进行相差运算，以得到能够反映学生使用所述模拟探头(511)在检查部位进行超声检查时的操作手法的运算数据集。

3.根据权利要求2所述的同步教学装置，其特征在于，所述运算数据集内的运算数据能够与预设感应阈值进行比较，以判断所述模拟探头(511)在所述模拟假人(512)仿真皮肤层上的若干所述采样点处的扫查状态，并能够根据时间顺序拟合出所述模拟探头(511)的检查路径。

4.根据权利要求2所述的同步教学装置，其特征在于，所述运算数据集内的运算数据能够根据预设规则确定停留持续时间和/或上升沿斜率和/或下降沿斜率，以分别获取所述模拟探头(511)在同一所述采样点上的检查持续时间和/或施力速度和/或卸力速度。

5.根据权利要求1所述的同步教学装置，其特征在于，所述传感器单元(514)设置于所述模拟探头(511)上以获取采样数据，通过所述运算分析单元(521)对采样数据进行运算处理，以获取学生使用所述模拟探头(511)的操作手法，其中，所述传感器单元(514)能够包括压力传感器(560)和/或姿态角度传感器(561)。

6.根据权利要求1所述的同步教学装置，其特征在于，所述运算分析单元(521)能够将运算分析后获得的运算数据与医生教学时的数据信息进行对比，以获取学生使用所述模拟探头(511)与医生使用所述超声探头(411)在操作手法上的差异度，从而评估学生使用所述学生端(500)进行同步教学的教学效果。

7.一种同步教学系统(100)，其特征在于，所述同步教学系统(100)采用了上述任一权利要求所述的同步教学装置(200)，教学端(400)与学生端(500)之间通过服务器(300)连接，其中，所述服务器(300)能够通过设置网络模块(330)和/或流媒体模块(340)以提高所述教学端(400)与所述学生端(500)之间的数据传输效率，从而进一步实现超声教学的同步性与实时性。

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