CN113257100B - 一种远程超声教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远程超声教学系统，至少包括：学员端，其由学员使用并至少包括一个用作训练的实践教具，教学端，其由教师使用并且至少包括一个可实际操作的超声设备，实践教具包括假人和超声探头模拟部，在假人对应的超声点位分布有数个独立调温的加热单元，在超声探头模型中设置有红外探头，每个加热单元电连接至学员端，其中，在学员端通过数据收发模块与同样具有数据收发模块的教学端通信连接的情况下，由教学端发出指令控制加热单元其中一个或数个加热至同一温度或具有梯度变化的不同温度，学员端检测学员操作超声探头模拟部在假人上进行模拟操作时红外探头触发或采集的信号以实现对学员操作的评价。

Description

一种远程超声教学系统

技术领域

本发明涉及医疗教学系统领域，尤其涉及一种远程超声教学系统。

背景技术

医疗上的超声检查技术是指利用超声波的声波特性对患者患病部位进行无创式、非接触式检测和诊断的一项影像学技术。该项技术经过数十年的发展，已经广泛应用到各大医疗设施中，并且形成了影像科这类的专门科室以及医疗影像学这类的大学专业课程和培训方案。目前该项技术已经成为现代临床医学中不可或缺的重要诊断方式。在关于超声设备的使用培训课程中，大致可以分为两个阶段，第一阶段是对超声检查设备进行系统的基础知识学习，即在超声检查设备的基本简介、具体结构、工作原理、品种分类等多个方面学习超声检查设备的基础知识，该阶段需要学员对培训机构提供的教学用超声检查设备进行实际操作并结合课程上的理论知识进行强化学习。第二阶段是学员已经熟练掌握超声检查设备通用知识以及调整参数的通用方法之后被分配至实际影像科室上岗实习的阶段，该阶段需要学员针对不同医疗设施内影像科使用的不同品牌和种类的超声检查设备的专属操作流程进行专门训练，以保证学员能够熟练操作该型设备并应用到后续对患者的实际检查操作中。

CN111445769A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。

CN203169211U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。

现有技术中仅仅是考虑到了对远程的学员进行虚拟教学的需求，但是并未提供易于学员带回家中、成本较低、携带较方便的实践教具内容，使得学员疏于实际操作，训练效果不好，尤其是没有涉及在简单实操训练下如何设置教学设备才能更加经济划算地针对位于远程且分散的地点的大量学员提供训练以获得好的训练效果。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明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

为解决上述现有技术中至少一部分不足之处，本发明提供了一种远程超声教学系统，至少包括：学员端，其由学员使用并至少包括一个用作训练的实践教具，教学端，其由教师使用并且至少包括一个可实际操作的超声设备，实践教具包括假人和超声探头模拟部，在假人对应的超声点位分布有数个独立调温的加热单元，在超声探头模拟部中设置有红外探头，每个加热单元电连接至学员端，其中，在学员端通过数据收发模块与同样具有数据收发模块的教学端通信连接的情况下，由教学端发出指令控制加热单元其中一个或数个加热至同一温度或具有梯度变化的不同温度，学员端检测学员操作超声探头模拟部在假人上进行模拟操作时红外探头触发或采集的信号以实现对学员操作的评价。

优选地，在教学端控制加热单元加热至同一温度时，红外探头设置为仅检测一个特定的温度值，在此种情况下，实践教具用于训练或评价学员寻找超声点位操作的正确性。

优选地，教学端还包括教学模块，教学模块按照跟踪教学进度的方式确定当前教学是否处于第一阶段教学的结束点，并且在处于第一阶段教学结束点的情况下，寻找是否存在补课触发条件，并且在没有补课触发条件时自动将教学模式切换为第二阶段教学模式。

优选地，在教学端控制数个加热单元加热至具有梯度变化的不同温度时，红外探头设置为能够检测不同位置的温度值，在此种情况下，实践教具用于训练或评价学员操作超声探头模拟部在假人上运动轨迹的正确性。

优选地，教学端上还包括评分模块，评分模块根据学员操作实践教具的正确性对学员的操作评分。

优选地，教学端上还包括教学模块、教学记录模块和数据库模块，数据库模块中存储有教学内容，教学记录模块通过跟踪教学过程以获得教学进度信息并将其记录在数据库模块中，其中，在一次授课开始时，教学模块调用上述教学进度信息并和预设的教学安排比对以获得当前授课开始章节的推荐信息以向教学端用户展示。

优选地，教学端还包括作业布置模块，作业布置模块根据教学进度信息从数据库中检出对应的考题并向教学端用户展示，在教学端用户选择考题后将考题数据传输至学员端的作答模块以提供学员端用户作答，学员作答后由评分模块进行评分。

优选地，学员端包括学员登录模块，学员通过向学员登录模块中输入证明其身份的数据，学员登录模块调用储存于数据库模块中的学员认证信息以确认学员身份。

优选地，教学端包括捕捉模块，学员端还包括虚拟现实模块，捕捉模块采集教师使用超声设备时的操作参数，并将操作参数传输至虚拟现实模块，虚拟现实模块根据操作参数通过三维还原的方式还原教师操作动画，学员手持超声探头模型进行运动以在虚拟现实模块获得运动轨迹相同的模拟运动动画，学员通过观察超声探头模型的模拟运动动画与教师操作动画的对比以完成模仿学习的训练。

优选地，学员端还包括用于向学员展示作业题目的作业模块，其中，作业模块能够基于学员的反馈答案按照与具有固定答案的作业题目相关联的方式对固定类题目进行自动批改，和/或按照与具有非固定答案的作业题目相关联的方式对非固定类题目进行分析，其中，作业模块在预先判定非固定类题目的情况下来进行批改并将判断分析结果上传至教学端以实现人工二次批改。

本发明具有的优势在于：

将具有低成本优势的温度引导的检测方案纳入对远程且分散的学员的实操训练的设备内容使得整体超声教学的教学成本大大降低，尤其是针对分散且学习场所较小的学员，采用此套实操教学方案可以使得训练部署的时间成本、劳动成本大大降低，提升了学员训练学习的积极性，增强了教学效果。另外采用简单的装置设计，使得学员无需额外学习训练设备的搭建方法，简单部署即可使用，具有一定的防呆效果。并且，采用人体皮肤就可以直接感知到的温度变化作为超声轨迹的引导和指示方案使得学员在使用该套训练方案进行训练的过程中，在多次的温度变化的身体感知下，潜意识中自然形成对正确超声路线的熟练强化，这些是非刻意学习即可以习得的强化印象，对于操作此类的超声探头的工作中所需求的肌肉记忆具有非常好的训练强化效果。

附图说明

图1是本发明学员端一种实施例的系统示意图；

图2是本发明学员端另一种实施例的系统示意图；

图3是本发明教学端的系统示意图；

图中：1000、学员端；1010、数据收发模块；1020、模拟调参模块；1030、作业模块；1040、评分模块；1050、显示模块；1060、笔记模块；1070、学习记录模块；1080、数据库模块；1090、学员登录模块；1100、虚拟现实模块；1110、超声探头模型；1120、假人；1121、加热单元；1130、超声探头模拟部；1131、红外探头；2000、教学端；2010、超声仪器；2020、作业布置模块；2030、教师登录模块；2040、教学模块；2050、捕捉模块。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，在未进行其他特殊说明或者限定的情况下，说明书中提及的术语“安装”、“相连”以及“连接”等词汇应该作广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接或者一体式的连接；可以是机械连接或者电连接，也可是机械连接与电连接的结合；可以是直接连接，也可以通过中间转接部件进行间接连接，对于电子元器件部件，可以是利用导线的电路安装，也可以是利用集成等方式进行精简化电路板设计。对于本领域的技术人员而言，可根据具体应用情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图具体阐述本发明。

本发明为实现教师在医院超声科室或者类似的教学空间通过远程教学的方式教导学员关于超声设备的基础知识以及具体超声设备的专属操作方法的目的，将本教学系统分为供给教师一侧使用的教学端2000和供给学员一侧使用的学员端1000，两个端之间通过远程传输的方式进行通信交互。

图1展示的是本发明提供的远程超声教学系统中学员端1000的系统分配图，其至少包括数据收发模块1010、模拟调参模块1020、作业模块1030、评分模块1040、显示模块1050、笔记模块1060、学习记录模块1070、数据库模块1080以及学员登录模块1090。

学员通过向学员登录模块1090中输入证明其身份的数据，学员登录模块1090调用储存于数据库模块1080中的学员认证信息以确认学员身份，该证明学员身份的信息可以包含学员姓名、学员学号、学员所处学院班级或者学员身份证编号信息。调用数据库中学员身份认证信息的过程具体为，学员端1000系统将学员输入的身份数据与预先储存于数据库中的学员认证信息进行比对，若比对一致则对当前操作用户开放后续的其他功能，若否，则在显示模块1050上提示登录失败请重新输入等提示语句。在另一些实施例中，上述学员认证信息还可以通过学员端1000的数据收发模块1010从外界获取，例如通过互联网向存储有学员认证信息的中心服务器获取该认证信息，或者向教学端2000的相应数据库获取该认证信息，这种设计的好处是可以在教学实施管理一端对大量学员的认证信息进行统一管理、录入以及保存处理。优选地，学员登录模块1090还可以采用账号与密码的登陆方式，一个独立的账号对应一个学员身份，数据库模块1080按照账号对学员预先录入的身份信息或者其他学习信息进行分区储存。密码与账号采用一对一的方式进行映射，即仅在学员输入的密码与先前在数据库模块1080中对应账号设置的密码对应一致的情况下，学员才可以登录该账号并且获得该学员端1000的其他模块提供的功能。

优选地，上述学员向学员登录模块1090或者其他需要学员输入数据的模块输入数据的功能可以整合至显示模块1050上，例如采用触摸显示屏设备。在另一些实施例中，也可以采用键盘鼠标或者触摸板一类的外置输入设备进行数据输入。

当学员需要对超声设备或者超声影像学原理进行学习时，显示模块1050将会展示教学端2000根据授课流程选择的教学材料，该教学材料可以预先储存在学员端1000的数据库模块1080中，或者储存于互联网服务器中，或者储存于教学端2000的数据库模块1080中，在需要向学员展示的时候由数据库模块1080传输至显示模块1050或者由数据收发模块1010接收外部传输的教学材料并转发至显示模块1050上进行显示。上述教学材料可以选择标准教科书的电子版本资料（例如MP4、MPG、PDF、JPG、EPUB、docx或者TXT等格式的文本、视频或者图像资料）、具有相关教学资料的网页页面、教学课件资料、老师直播视频、超声设备实时检测图像视频或截图等用于教学或展示目的的资料。上述教学资料中常用或者必用的资料，例如标准教科书资料，可以预先储存在数据库模块1080中，优选地，为实现循序渐进的教学效果，在学期初期可以将后续的学习内容隐藏，当学员通过评分合格后再展示后续的学习内容。

根据教学端2000老师选择或者程序自动根据当前课程进程提出的作业题目，由学员端1000上的作业模块1030向显示模块1050传输问题数据并且收集学员通过触摸或者其他输入设备反馈的答案数据。上述问题数据根据产生来源不同，可能在教学端2000由老师选择或者教学端2000的程序生成后经过数据收发模块1010传输至学员端1000，或者直接在学员端1000的作业模块1030根据课程进度从数据库模块1080中调用预设的相应作业问题数据。上述作业模块1030判断课程进度的方式可以是检查当前在显示模块1050上展示的教学资料内容，从数据库模块1080中寻找对应页码或者段落的预置作业问题数据，或者由学员在本章或本段内容学习完毕之后向学员端1000输入学习完毕的指令，作业模块1030根据指令附带的章节或段落标记从数据库模块1080中调用相应的作业问题数据。

上述作业模块1030收集到学员反馈的答案数据后，根据先前向学员展示的作业问题数据的种类进行分类。若该类作业属于具有固定标准答案的选择题、是非题、计算题等题目类型，作业模块1030将学员反馈的答案数据与数据库模块1080中相应问题预先储存的固定答案进行比对，若一致则判定学员回答正确，若否则判定学员回答错误。若该类作业属于不具有固定答案的简答题、步骤题、写作论述题等题目类型时，作业模块1030将该答案数据转发至学员端1000的数据收发模块1010上，再由数据收发模块1010发送至教学端2000展示给老师或助教人员。由老师或相关评分人员评价答案数据后给出的评分通过学员端1000的数据收发模块1010接收并且展示在显示模块1050上。

优选地，在教学端2000上具有将上述非固定答案内容进行语义分析、关键词拆分的模块，该模块可以是存在于教学端2000上的作业布置模块2020，拆分后的答案数据可以由作业布置模块2020自动对比预置在数据库或者搜寻互联网上相似问题答案后得出的标准答案关键词库组，并且作业布置模块2020控制教学端2000上的显示模块1050以高亮、下划线或者角标的方式突出显示具有相似部分的关键词，以辅助老师快速评价学员的答案是否正确。

优选地，上述无论是由作业模块1030自动判定正确与否的题目还是由老师评价的题目所获得的分数评价均传输至学员端1000和教学端2000的评分模块1040，评分模块1040通过以一个章节或者一堂课作为划分基础，对同一划分中产生的作业与作答后得出的评分进行综合计算得出学员在至少一个段落的学习中获得的总分数，该分数可以大致表明学员对该段落的学习的掌握程度。优选地，评分系统可根据预设的题目种类和题目考察点范围对学员每次作答的分数进行具体分析，例如采用归纳划分、热点区域图等算法寻找出学员常错易错的考察点，并根据考察点所属的知识范畴对学员以及教师反馈该学员的对不同知识点的掌握程度，方便学员或教师进行针对性的补习或教学。

优选地，上述数据库模块1080展示后续学习资料的判断依据可以利用上述评分模块1040中生成的分数数据，具体判断逻辑可以是当分数数据达到数据库模块1080中预设的阈值之后（例如达到及格分数60分以上），则数据库模块1080开放展示后续的学习资料内容，否则展示“当前学习未达标，请继续补习本章节内容”等提示语句。

在进行教学过程中或者课后，当学员需要进行记录笔记时，可以随时调出笔记模块1060，该笔记模块1060与显示模块1050数据连接以便展示学员想要输入的笔记内容。在一些实施例中，学员通过触摸或者其他辅助输入设备按照手写、打字、录音等方式向笔记模块1060中录入笔记信息，笔记模块1060根据笔记录入时的时间、当前学习的课程内容或者学员自定义输入的笔记标签信息为笔记信息进行标记并且转存至数据库模块1080中。当学员需要在后续调出之前的笔记内容时，可根据上述的标签信息在数据库模块1080中寻找相应的笔记内容。优选地，笔记模块1060提供在显示模块1050上截图的功能，学员可以通过输入设备选择对当前显示模块1050上展示的内容进行截图，并且通过在显示模块1050上分窗展示的功能在截图上进行手写或打字等方式的笔记录入。

当学员需要对超声设备进行模拟调参操作学习的时候，可以调用学员端1000的模拟调参模块1020。由于不同厂家生产的超声设备种类原理均具有不同程度的差异，因此对于不同的超声设备具有不同的调参操作或调参思路。因此在数据库模块1080中预先存有市面上常见的超声设备的参数调整界面，该界面可以是模拟该设备实际参数输入区域的外形显示在显示模块1050上，也可以抽象为数个输入参数的输入框进行展示。学员进行模拟调参的操作可以通过触摸显示模块1050或者通过其它辅助输入设备进行。优选地，选用高度模拟超声设备外形的参数调整界面有助于学员在模拟学习熟练之后更快地上机实操。

优选地，在数据库模块1080中还存有根据上述不同输入的参数形成的模拟超声影像图像数据，该图像数据可以是预先在真实超声设备上进行相应调整后获得的真实图像，也可以是通过一定的逻辑推演形成的模拟图像，例如图像的清晰度、显示范围、显示层次等结果与参数之间具有一定的逻辑关系。上述模拟超声图像数据可以传输至显示模块1050上进行展示，方便学员根据自己输入的参数数据对比获得的模拟图像以纠错或强化训练。

优选地，上述学员端1000进行的模拟调参操作获得的模拟调参数据可以由模拟调参模块1020传输至数据收发模块1010并由数据收发模块1010传输至教学端2000上，由老师或相关人员对学员的模拟调参结果进行评价或者讲解。优选地，通过教学端2000与真实超声设备的数据连接将学员的模拟调参结果传输至真实的超声设备上，并且由老师进行实际操作获得该参数下的实际图像，以便老师根据实际图像进行进一步的纠错或者精细化讲解。

学员端1000上还包括学习记录模块1070，该学习记录模块1070配合数据库模块1080对学员每一章节的学习笔记、作业答案数据、获得的评分、学习时长、学习日期等数据进行记录并且在数据库模块1080中按照学习章节名称或者学习日期等参数进行标记划分，以方便学员之后需要时对以前的学习记录进行查找。优选地，根据预先设置的总体课程内容，结合学员现在已经掌握的相关知识，学习记录模块1070计算出学员当前的学习进度，并通过显示模块1050对学员进行展示或者通过数据收发模块1010转发至教学端2000以供老师或教育机构评估学员的学习成果。

为实现学员在学员端1000进行上课学习时与教学端2000的教师实时互动之目的，当学员端1000的数据收发模块1010与教学端2000的数据收发模块1010之间建立数据互通时，学员端1000可以通过输入设备或者触摸显示模块1050的方式向教学端2000发送交流信息，该交流信息可以是学员在课堂上的疑问、对于某个问题的看法意见等信息。优选地，为实现教学端2000和学员端1000共同关注同一个焦点之目的，在显示模块1050可以显示例如红圈、箭头、下划线等表示讨论焦点的指示功能，该功能提供教学端2000与学员端1000双端互通效果，即不论是教师还是学员在教学端2000或者学员端1000上选择的焦点指示均可在双端的显示模块1050上进行实时展示。

优选地，上述学员端1000的所有功能均可以以程序的方式安装于现有的个人终端设备，例如手机、PAD、个人电脑、智能电视机等智能设备中，其中，显示模块1050由手机等设备的显示屏等设备代替，具有触摸功能的显示屏还可以替代辅助输入设备的功能。语音录入以及语音播放功能由上述设备中扬声器以及麦克风代替。数据库模块1080可由上述设备中的内存模块代替。笔记模块1060、作业模块1030、评分模块1040、学员登录模块1090、学习记录模块1070、模拟调参模块1020均可以以程序的方式储存于上述设备的核心处理器芯片组中并由该芯片组进行计算运行上述的所有功能。数据收发模块1010可以由上述设备的无线或有线数据收发模块1010代替，其中无线数据传输模式可以设置为WIFI、蜂窝数据、蓝牙、ZIGBEE、近场通信、无线广播、互联网端口等传输方式，有线传输方式可以是通过USB、TPYE-C、Lightning、RJ45等端口的数据传输协议进行数据传输。

供给教师使用的教学端2000（图3所示）至少包括数据收发模块1010、超声仪器2010、作业布置模块2020、评分模块1040、显示模块1050、数据库模块1080、教学模块2040、教师登录模块2030、教学记录模块等模块。

通常情况下，为满足实践教学的需求，教学端2000使用环境一般为医疗设施中的影像科室或者专门的教学部门教室，此类地区一般应该具有至少一台功能完备的超声设备以供教师通过实际操作对学员进行教学讲解。因此超声仪器2010所产生的超声图像除了传输至教学端2000的显示模块1050上进行展示之外，还通过教学端2000与学员端1000的数据收发模块1010之间的数据互通传输至学员端1000的显示模块1050上进行展示。

为实现在教学端2000上对教师身份的识别，并且利用该身份信息为标记实现其它功能的目的，在教学端2000上设置有教师登录模块2030，该教师登录模块2030类似于上述学员登录模块1090，其可以采用的方式为教师通过触摸显示模块1050或者通过其它辅助输入设备向教师登录模块2030输入其身份信息，该身份信息可以是教师的姓名、教师编号或者教师的身份证编号等信息。或者，该教师登录模块2030同样可以采用密码登录的形式，即教师输入自己专属的账号以及对应的密码至教师登录模块2030，然后教师登录模块2030自动根据输入的账号与密码和储存在数据库模块1080或者互联网相应服务器中的预先储存的相应账号与密码进行逐一比对，若一致则通过登录，向该教学端2000操作者开放后续的其它功能，若否，则显示模块1050向该操作者提示“ 登录失败，请检查账号或密码 ”一类的提示信息。上述通过教师身份信息为标记实现其它功能的过程具体可以为，在教师使用该教学端2000时，其使用作业布置模块2020进行布置作业的记录、使用评分模块1040对学员进行评分的记录、使用教学模块2040进行教学的记录或者登录记录等等数据均可以被教学记录模块采集并且按照教师姓名、账号、教师编号等身份信息为标记在数据库模块1080或者互联网服务器中分区域保存，并且在教师使用教师登录模块2030登录之后，根据教师输入的身份信息从数据库模块1080或互联网服务器中调取关于该教师的所有教学记录信息，以方便教师根据上述信息开展接下来的教学工作。

教学端2000上的作业布置模块2020向教师提供可选择的作业考题，优选地，该作业布置模块2020根据当前的教学进度自动从数据库模块1080中搜寻预置的相应考题并通过显示模块1050向教师展示推荐考题。优选地，当教师想要提出数据库模块1080中未存有的问题时，可以由教师手动通过触摸或者其他辅助输入设备向作业布置模块2020输入新的问题，该问题同时通过老师自主选择之后存入数据库模块1080中以便下次授课时再次使用。上述由老师选择或提出的问题数据由数据收发模块1010传输至学员端1000的作业模块1030上进行后续的问题展示操作。

教学端2000上的评分模块1040接收学员端1000传输的学员分数后，可将该学员的分数按照该学员姓名或者学号等数据做标签储存录入数据库模块1080中。优选地，位于教学端2000上的评分模块1040还可以调用数据库中不同学员的分数信息，并且通过排序、分类等逻辑分析计算生成该课堂中所有学员的分数排名、分数区间、不及格人数等统计信息，以方便教师对课堂中所有学员的学习情况做进一步的了解。

为实现本发明所要达到的主要教学目的，在教学端2000上设置有提供教师使用的教学模块2040，并且按照学员的教学阶段可以将教学模块2040的功能分为两个部分，即第一阶段教学模式和第二阶段教学模式。上述第一阶段教学模式为教育该影像学专业或者科室的新进学员，目的是为学员了解该专业的基础知识以及基本操作，为后续的实际上手操作打下基础。第二阶段教学模式是在学员已经熟练掌握超声影像设备的基础知识以及基本操作方法后，针对于医院等医疗设施提供的现有超声设备进行熟练上手的教学。上述两个阶段的教学模式具有不同的教学材料以及考评方式，并且本教学模块2040提供教师手动选择切换两种教学模式内的教学内容以展示在学员端1000的显示模块1050上的功能，优选地，本教学模块2040可以跟踪教学进度自动切换教学模式。

上述教学模块2040跟踪教学进度的流程可以为以下判断逻辑，教学模块2040调用上述教学记录模块在数据库模块1080中储存的教学记录信息，着重读取教学进度信息，该信息可以在每一次授课后由教学模块2040产生并由教学记录模块记录在数据库模块1080中，并且该信息至少包含本节课程的章节、内容等信息。教学模块2040按照时间读取最新的教学进度信息并且与预设的教学安排进行比对以获得当前的教学进度，例如教学安排为标准教课书的按顺序排列的全部章节信息，教学模块2040通过读取教学进度信息中当前完成的教学章节并与上述按顺序排列的全部章节信息进行比对，即可获得该次授课或者下次授课应该处于哪一个授课章节。由此可以得出本实施例的一个优选授课方案，即当在一次授课开始时，教师启动本教学端2000后，教学模块2040自动读取教学进度信息并获得上一次的教学进度后，在数据库模块1080中自动搜索按照教学安排上顺序排列的下一章教学内容并且凸出显示在教学端2000的显示模块1050上，以便教师可以自主选择是否根据教学端2000推荐的下一章教学内容进行继续授课。优选地，上述教学安排可以不局限于标准教课书的章节信息，也可以是教科书的全部文字或其它内容，使得上述教学模块2040向教师提供继续教学的推荐位置时可以具体精确到上一次讲授的内容、段落或者页码。优选地，教学安排不局限于具有目录的教科书或者参考书一类的书籍资料，还可以是预先编辑好的教学大纲、视频资料播放列表、音频列表等具有一定教学顺序安排的串列，则相应的教学进度信息还可以包括视频或音频编号、视频或音频已播放时间等参数。

通过上述教学模块2040跟踪教学进度的功能可以引申出本发明的另一项功能，即教学模块2040可根据当前教学进度结合一些参考因素自动在教学端2000切换教学模式。其具体过程可以为如下形式：当教学模块2040检测到目前的教学进度处于预先设定的第一阶段结束点时，例如该结束点设置为基础知识最后一个章节或基本操作考试之后，教学模块2040从数据库模块1080中调用评分模块1040采集的关于每个学员的该阶段学习评分。若教学模块2040从上述评分数据中检索到至少一个不及格学员数据时或者得分较低的学员人数占总体学员人数比例较高等补课触发条件时，则在显示模块1050上向教师显示“ 当前阶段教学学员掌握效果不佳，请考虑是否进行补课 ”等类似提示语，以方便教师自行决定是否需要重新开始部分第一阶段的教学。优选地，在上述提示语向教师展示的同时，教学模块2040以统计列表等形式在显示模块1050上向教师展示不及格学员信息、其不及格的章节编号、学员整体分数较低的章节编号、占比信息等信息以辅助教师决定是否需要进行补课操作或者辅助教师确定需要补课的教学内容。

优选地，当教学模块2040跟踪到教学进度处于阶段结束点，并且没有从学员评分数据中检索出上述补课触发条件时，则自动将教学模式切换为第二阶段的教学模式。该切换教学模式带来的具体改变可以是，教学模块2040开始在数据库模块1080中搜索并向教师推荐第二阶段的教学资料，例如进阶教科书、具体型号的超声设备的相关资料、模拟调参资料等，另外改变作业布置模块2020的考评方式，加入可以是难度更高的考题、模拟调参操作题等进阶考题。

上述所有在教学端2000确定的教学内容均由教学模块2040从数据库模块1080或者互联网服务器中调出并通过数据收发模块1010传输至学员端1000的显示模块1050上向学员展示。

优选地，为实现教师对学员的视频面授或者音频教育的目的，可以在教学端2000增设摄像或拾音设备，以方便教师按照视频或音频直播的形式对学员端1000的学员进行讲解。

优选地，教学模块2040还连接至超声设备以便将超声设备的实时图像传输至教学端2000以及学员端1000的显示模块1050上以方便教师和学员观察超声检查图像。

优选地，为实现学员端1000与教学端2000的有机结合与互动式教学，让学员尽快学会超声设备的实际操作方法，在教学端2000还设置了捕捉模块2050，同时在学员端1000设置了虚拟现实模块1100。

上述捕捉模块2050用于实时检测教师在操作超声设备时的各种参数，由于教师在进行超声设备教学时需要用手控制超声设备的超声探头对患者或者教学用假人1120身体的一部分进行扫描操作，因此捕捉部检测的参数可以是教师手臂各个关节的弯曲角度、教师手掌的握持超声探头手柄的握持角度、超声探头在教师手上的指向角度、患者或者假人1120被检测区域的三维图形、超声探头在患者或假人1120被检测区域的移动轨迹、移动过程中的角度变化、探头上按键的按压情况等参数。这些参数对学员学习超声设备的实际操作具有较大的帮助。捕捉模块2050可通过图像识别捕捉、动作传感器、安装在探头上的角度传感器、空间定位器等方式测量上述各种参数。上述各种参数或各种参数的连续变化记录了教师在操作超声设备时手部运动、探头运动以及探头操作的变化状态。

上述参数由教学端2000的数据收发模块1010传输至学员端1000的虚拟现实模块1100中，该虚拟现实模块1100根据上述参数采用三维建模的方式还原教师手臂动作、探头运动轨迹、探头朝向角度、患者或假人1120被检测区域图像、探头键位的按压情况，并以三维动画的方式展示在虚拟现实模块1100的屏幕上，该三维动画可称之为教师操作动画。该虚拟现实模块1100可以由现有的VR技术设计提供，并且在该虚拟现实模块1100中引入了一个可以实际触摸的超声探头模型1110，该模型至少在大体结构、键位布置、整体重量方面与教学端2000中教师使用的超声设备带有的超声探头一致。优选地，为节省成本，上述超声探头模型1110可不具有超声波发射与接受功能。虚拟现实模块1100在空间上对超声探头模型1110进行定位，并且将该超声探头模型1110的定位与角度测量结果反应在虚拟现实模块1100显示屏内超声探头模型1110的三维动画上，该动画可称之为学员操作动画。优选地，通过动作传感器或者摄像识别等方式识别学员的手部动作并将该动作一并展示在虚拟现实模块1100的显示屏上。优选地，超声设备检测的实时超声图像一并展示在上述虚拟现实模块1100的显示屏上。优选地，三维还原的教师操作动画可作为标准教学参考资料保存在教学模块2040中，学员操作动画可保存在学习记录模块1070中以便学员在事后复盘学习。

经过上述功能设置，学员可在虚拟现实模块1100的显示屏中实时观察教学端2000中教师操作超声探头的手部状态、探头的运动轨迹、探头在患者或假人1120被测区域的扫描面、探头键位的按压情况等三维动画。并且学员可以通过手中的超声探头模型1110进行模仿学习，例如通过模仿教师握持超声探头的握持姿势、手臂运动状态来练习正确的超声探头握持技巧，通过模仿教师握持超声探头在患者或假人1120被测区域的移动轨迹来学习正确的超声探头扫描运动轨迹，并且配合教学端2000传输的实时超声图像学习不同扫描面产生图像的不同情况，通过模仿教师按压超声探头按键来联系超声探头按键的正确操作方法与按压时机。本优选实施例实现了学员利用手中的实体模型跟踪模仿教师的操作以学习超声探头的操作方法的目的。

优选地，上述跟踪模仿的教学功能还可以应用至教学引导或考试功能中。具体地，虚拟现实模块1100实时比对从教学端2000还原的教师操作动画与虚拟现实模块1100采集学员或者超声探头模型1110生成的学员操作动画，得出学员操作与教师操作的差异，并将差异提示显示在显示屏上。上述差异可以是学员操作动画的超声探头运动轨迹偏离教师操作的超声探头的运动轨迹的偏离程度，若该偏离程度大于预设的误差阈值时，虚拟现实模块1100在显示屏上发出差异提示。该差异提示可以按照图标、警示语、轨迹线颜色变化等方式实现。上述差异还可以是学员操作动画中握持姿势、手臂运动、按键按压、扫描区域等参数与教师操作动画的不同之处。

在该功能被运用至考试目的时，学员可在观察一次教师操作动画后或者直接利用手中的超声探头模型1110进行考题要求的操作，虚拟现实模块1100比对学员操作动画与教师操作动画后得出差异，并将差异传输至教学端2000的评分模块1040中。评分模块1040根据预设的评分规则对差异进行评分，并最终得出本次学员操作考试的得分。

在另外一个优选实施例中（图2所示），可以不采用上述捕捉模块2050以及虚拟现实模块1100的配置方式，而是采用以下方式进行模拟教学。该实施例中还包含实践教具，该实践教具至少包含假人1120和超声探头模拟部1130。假人1120可以采用高仿真模拟假人1120，即主要使用硅胶等模拟人体肌肉的材质结合标准人体外形以及内脏制成的高度贴近真实人体部位的模型。但上述假人1120模型重量较重，制造成本也很高，若每个学员都发放一套上述假人1120势必会增加教学成本，学员在远程学习的地点（一般是在学员家中或者小面积室内）也不方便使用和收纳重量较重的假人1120。故优选地，在不需要高拟真假人1120的教学情况下，假人1120可以采用轻质铁丝扎成的骨架并且在骨架外部蒙皮的方式制成，或者在另一些实施例中，假人1120可以采用充气气球的方式制成。上述两种实现方式均可以保证在较为还原人体部分的外形以及内脏位置的情况下，尽量减小假人1120的收纳体积、整体重量以及制造成本，对于一些训练学员初级超声操作的教学方案尤为适用。这些初级超声操作的训练目的是考察学员有没有将超声探头移动至需要检测的地方，或者有没有按照规定的检测路线对假人1120的躯体进行超声检查。故需要考察或培训的是学员找寻超声检测位置和超声移动路线的能力。

故需要在假人1120内部以及超声探头模拟部1130之间建立一定的反馈关系来确认超声探头的对应假人1120上的位置与路线。故优选地，对于仅需要培训学员寻找超声检测位置的教学内容，在上述假人1120内部的重要内脏位置预先设置有数个加热单元1121，该加热单元1121能够以通电加热的方式使得自身温度上升，当加热单元1121温度提升后，其自身温度势必与周围的环境温度不同，故因此在超声探头模拟部1130中设置了红外探头1131来探测上述从环境温度中突出独立的高温位置。优选地，为节省实践教具的重量以及制造成本，加热单元1121可以采用加热电阻、硅胶加热片或者陶瓷加热片等通电加热装置。在加热单元1121附近设置有板上安装温度传感器或者热敏电阻温度传感器，用于检测加热单元1121的温度。通过控制流向加热单元1121的电流值大小结合温度传感器将加热单元1121的温度维持在37℃左右。超声探头模拟部1130上的红外探头1131可以采用安防系统中常用来检测人体活动的热释电红外传感器制成，该热释电红外传感器对于人体温度所散发的特定波长的红外线，也即是37℃的温度下散发的红外线捕捉尤为敏感。故含有热释电红外传感器的超声探头模拟部1130能够从环境温度中区分出加热单元1121的温度信号。优选地，为防止常用的热释电红外传感器的扇形探测范围过于宽广而导致超声模拟操作在寻找特定超声点位时未靠近正确点位即产生探测信号的情况，在超声探头模拟部1130连接有红外探头1131的外侧套设有环嘴，该环嘴将红外探头1131的检测域限定在一定的圆形范围内。

在使用本实践教具时，仅需将假人1120中布置的每个加热单元1121编号，在教学端2000选择出本次教学或考试的检测位置后，相应编号的加热单元1121被激活并开始加热，只有当学员操作超声探头模拟部1130检测到相应温度较高的部分时，超声探头模拟部1130中的温度传感器产生一次检测信号，该次信号表明学员检测到了对的位置。上述实现方式采用的电子元器件以及假人1120均为常用的电热学相关部件以及普通的工业材料，价格便宜，体积小巧，非常适合大量低成本制造并且批量配发给每一个学员。

优选地，为考察学员是否按照规定的超声检测区域进行路径上的正确操作，可以按照上述加热单元1121的编号开启相应位置的加热单元1121，在这些区域内的加热单元1121均被加热至目标温度附近，在学员手持超声探头模拟部1130检测假人1120以获得第一次温度信号时，学员端1000将持续检测后续一定的时间内超声探头模拟部1130每一次检测到的温度信号，若出现一次或一段时间内没有检测到该温度信号，则学员端1000判断学员未将超声探头模拟部1130指向规定的区域或未按照规定的路线进行移动。优选地，当判断出上述情况后，学员端1000可在图像显示模块1050上对学员进行提醒。优选地，当判断出上述情况后，学员端1000向教学端2000发送消息提醒，提示教师该学员出现操作失误。优选地，当该次操作属于作业模块1030或者考评模块实现的作业或考试功能时，当判断出上述情况后，教学端2000评分模块1040将对该学员的失误操作进行扣分处理。

优选地，为实现更加精细化的检测学员操作超声探头模拟部1130的轨迹路线，本套实践教具还可以采用下述形式实现。假人1120可以是教学需求采用高仿真的教学实验用假人1120，也可以采用上述金属骨架蒙皮或充气假人1120，在假人1120中特定的模拟人体器官的位置可以设置控制加热温度的加热电阻、加热硅胶垫或加热陶瓷等加热单元1121，并且将不同位置的加热单元1121进行编号。超声探头模拟部1130内装有的红外探头1131采用可以自动检测其检测范围内的温度即温度变化的高级探头设置，故上述不同编号的加热单元1121之间可以各自形成一种加热温度以形成一种温度梯度，而装有红外探头1131的超声探头模拟部1130可以检测到此温度梯度，并且学员端1000接受温度梯度的变化数据并与教学端2000预设的温度梯度做比较以获得学员是否有按照标准的超声探头运动路线进行操作。例如，教师需要考察学员在人体上由A点运动至B点再运动至C点的路径操作，仅需在教学端2000按照顺序选择A、B、C三个点位并发送加热指令，学员端1000接收指令后将A、B、C三个点位相应的加热装置加热目标温度设置为一个梯度变化的温度，例如A点设置为50℃，B点设置为40℃，C点设置为30℃，这样由A点到C点的温度变化呈现一个逐渐下降的趋势。学员操作超声探头模拟部1130在假人1120上进行移动，若超声探头模拟部1130中的红外探头1131检测到的温度是呈现梯度下降的趋势并且检测到的温度均高于室温时，则判断学员按照正确的A到C点的路径进行移动，若否则判断学员操作失误。

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 (9)

1.一种远程超声教学系统，至少包括：

学员端（1000），其由学员使用并至少包括一个用作训练的实践教具，

教学端（2000），其由教师使用并且至少包括一个可实际操作的超声设备，

其特征在于，

所述实践教具包括假人（1120）和超声探头模拟部（1130），在所述假人（1120）对应的超声点位分布有数个独立调温的加热单元（1121），在所述超声探头模拟部（1130）中设置有红外探头（1131），每个所述加热单元（1121）电连接至所述学员端（1000），其中，

在所述学员端（1000）通过数据收发模块（1010）与同样具有数据收发模块（1010）的教学端（2000）通信连接的情况下，由所述教学端（2000）发出指令控制所述加热单元（1121）其中一个或数个加热至同一温度或具有梯度变化的不同温度，所述学员端（1000）检测学员操作所述超声探头模拟部（1130）在所述假人（1120）上进行模拟操作时所述红外探头（1131）触发或采集的信号以实现对学员操作的评价。

2.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，在所述教学端（2000）控制所述加热单元（1121）加热至同一温度时，所述红外探头（1131）设置为仅检测一个特定的温度值，在此种情况下，所述实践教具用于训练或评价学员寻找超声点位操作的正确性。

3.根据权利要求1或2所述的教学系统，其特征在于，所述教学端（2000）还包括教学模块（2040），所述教学模块（2040）按照跟踪教学进度的方式确定当前教学是否处于第一阶段教学的结束点，并且在处于第一阶段教学结束点的情况下，寻找是否存在补课触发条件，并且在没有补课触发条件时自动将教学模式切换为第二阶段教学模式。

4.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，在所述教学端（2000）控制数个所述加热单元（1121）加热至具有梯度变化的不同温度时，所述红外探头（1131）设置为能够检测不同位置的温度值，在此种情况下，所述实践教具用于训练或评价学员操作所述超声探头模拟部（1130）在所述假人（1120）上运动轨迹的正确性。

5.根据权利要求1或4所述的教学系统，其特征在于，所述教学端（2000）上还包括评分模块（1040），所述评分模块（1040）根据学员操作所述实践教具的正确性对学员的操作评分。

6.根据权利要求5所述的教学系统，其特征在于，所述教学端（2000）上还包括教学模块（2040）、教学记录模块和数据库模块（1080），所述数据库模块（1080）中存储有教学内容，所述教学记录模块通过跟踪教学过程以获得教学进度信息并将其记录在所述数据库模块（1080）中，其中，在一次授课开始时，所述教学模块（2040）调用上述教学进度信息并和预设的教学安排比对以获得当前授课开始章节的推荐信息以向所述教学端（2000）用户展示。

7.根据权利要求6所述的教学系统，其特征在于，所述教学端（2000）还包括作业布置模块（2020），所述作业布置模块（2020）根据所述教学进度信息从数据库中检出对应的考题并向所述教学端（2000）用户展示，在教学端（2000）用户选择考题后将考题数据传输至学员端（1000）的作答模块以提供学员端（1000）用户作答，学员作答后由所述评分模块（1040）进行评分。

8.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述学员端(1000)包括学员登录模块（1090），学员通过向所述学员登录模块（1090）中输入证明其身份的数据，所述学员登录模块（1090）调用储存于数据库模块（1080）中的学员认证信息以确认学员身份。

9.根据前述权利要求1或8所述的教学系统，其特征在于，所述学员端（1000）还包括用于向学员展示作业题目的作业模块（1030），其中，所述作业模块（1030）能够基于学员的反馈答案按照与具有固定答案的作业题目相关联的方式对固定类题目进行自动批改，和/或按照与具有非固定答案的作业题目相关联的方式对非固定类题目进行分析，其中，所述作业模块（1030）在预先判定所述非固定类题目的情况下来进行批改并将判断分析结果上传至所述教学端（2000）以实现人工二次批改。

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