CN115171464B - 一种可视化穿刺模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可视化穿刺模具，模具包括基于分层结构模拟真实组织的仿生模块，在仿生模块布置有若干不同形态的模拟血管的情况下，不同尺寸的模拟血管按照投影到两个相互垂直平面的阴影不发生重合的方式进行设置；仿生模块周围布置有用于获取穿刺模块相对仿生模块位置数据的显影模块，控制组件能够基于显影模块获取的位置数据对穿刺模块与仿生模块的相对位置进行分类展示并向操作者提供差异化的穿刺路径引导；引导组件基于控制组件的预测数据给出路径建议或路径预警以引导操作者掌握正确的穿刺路径，定性与定量相结合的显示措施可辅助操作者提高穿刺练习的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及介质输入穿刺模拟器械，具体为一种可视化穿刺模具。
背景技术
穿刺是沟通患者体外与体内的常用检查或治疗手段之一，广泛应用于介质输入、体内积液处理、病理检查取样，介入手术等过程。穿刺的准确程度与治疗效果密切相关，精准的穿刺不仅可以保证血管介质输入、病理检查及手术过程的顺利推进，也可以避免重复操作延误治疗时机，减轻穿刺过程对于患者的附加损伤。
例如，用于注射或抽血的血管穿刺过程中，医护人员往往依靠经验进行血管穿刺，操作者经验不足或患者血管形态异常时，穿刺失败现象时有发生；穿刺练习过程中，穿刺路径的不可见导致穿刺过程对于练习者无直观反馈，穿刺路径不可预测使得练习者仅能依靠穿刺触感获得经验性反馈，不仅增加了掌握穿刺技术的难度，而且也会让练习者产生一定的心里负担。
因此，需要一种能够对介质输入穿刺过程进行模拟的装置，能够利用可视化技术对穿刺过程进行引导和反馈以保证穿刺练习的准确性，使得练习者能够基于可视化的反馈及引导提高穿刺水平，建立手部动作与穿刺路径的直观联系，对于临床教学实践具有重要意义。
现有技术中，例如公开号为CN211096947U的专利公开了一种用于脑室腹腔分流术可视化穿刺套管，包括穿刺鞘装置和可视化显示装置，该专利基于与穿刺鞘配合布置的可视化显示装置对穿刺过程进行显示；公开号为CN113577417A的专利公开了供一种可视化胸腹腔穿刺引流装置，包括穿刺头、微型摄像头，该专利则使用布置在穿刺头内部的微型摄像头以引导穿刺行进。上述专利的可视化范围仅限于穿刺行进方向，无法以周边组织或结构辅助观察穿刺路径；且真实组织的体液或组织会影响成像效果。
公开号为CN210378049U的专利公开了一种可视化仿生模拟静脉穿刺注射教具，该专利使用若干规格形状不同的模拟血管布置在透明装置中，使用单侧设置的摄像机对穿刺过程进行记录。公开号为CN210348985U的专利公开了一种静脉穿刺练习模具，该专利通过设置皮肤层、填充层、血管层和保护层的方式模拟真实组织。公开号为CN111603224A的专利公开了一种用于经皮肾脏穿刺的可视化组件，该专利利用光纤传递光线并依靠CMOS元件采集图像以辅助穿刺过程。公开号为CN112908074A的专利公开了一种动脉穿刺教学模具，该专利设置有用于控制血管压力的控制仓，可模拟真实的回血现象，利用灯光显影可观察穿刺装置在血管内的状态，但模拟血液可能沿穿刺点渗漏影响显影的准确性。
上述穿刺模拟装置对于穿刺过程的可视化显示仅限于单一方向或单侧摄像，平面图像无法展现穿刺部件在模拟组织中的三维路径，也无法实现立体的显示效果；且将可视化装置负载在穿刺部件的方式使得穿刺部件结构复杂化，不利于穿刺部件在模拟组织中的行进调整；现有技术中可视化是对穿刺组件的被动显示，无法主动基于穿刺组件所处的位置和角度给出路径建议或路径预警以引导操作者掌握正确的穿刺路径。
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
针对现有技术所提出的至少一部分不足之处，本申请提供了一种可视化穿刺模具，包括基于分层结构模拟真实组织的仿生模块，在仿生模块布置有若干不同形态的模拟血管的情况下，不同尺寸的模拟血管按照投影到两个相互垂直平面的阴影不发生重合的方式进行设置；在穿刺模块刺入仿生模块进行穿刺练习的情况下，仿生模块周围布置有用于获取穿刺模块相对仿生模块位置数据的显影模块，使得控制组件能够基于显影模块获取的位置数据对穿刺模块与仿生模块的相对位置进行分类展示并向操作者提供差异化的穿刺路径引导。
针对现有技术中穿刺过程的可视化展示局限于平面图形或灯光显影的情况，本申请通过设置显影模块对仿生模块进行投影，两个相互垂直面布置的显影模块能够基于两个垂直方向上的投影数据获得仿生模块的三维结构数据。仿生模块中若干不同尺寸及形态的模拟血管分层布置，不仅可以模拟真实组织中大小血管的蜿蜒走向，也可以模拟真实组织中血管处于不同组织深度的情况，同时，分层设置的模拟血管可以保证显影模块在两个垂直方向上的投影不会发生重合，使得两个垂直方向上的投影能够准确展示仿生组织的结构，仿生模块的其他部分、模拟血管和穿刺模块可基于不同透光度的材料制成，使得两个垂直方向上的投影能够清晰地展示仿生模块的结构和穿刺模块的相对位置。
针对现有技术中可视化仅被动显示穿刺模块位置，无法提供预测信息和引导措施的问题，本申请的控制组件基于两个相互垂直面布置的显影模块获取穿刺模块与仿生模块的相对位置信息，控制组件根据穿刺模块与仿生模块相对位置的不同划分有多种工作模式，使得操作者在穿刺操作的不同进程中可以获得针对性的引导，例如，在穿刺模块进入模拟血管前和进入血管后，控制组件检测穿刺模块与仿生模块的相对位置并基于引导组件在显示组件上展示引导标记，为操作者调整刺入角度提供参考依据。
控制组件在穿刺操作的不同进程中，也可根据穿刺模块相对仿生模块的相对位置变化设置多种情况，引导组件基于多种情况下的预测数据在显示组件上展示差异化的引导标记和相对位置数据，使得操作者不仅可以直观地认识穿刺模块的穿刺路径，也可以基于引导标记和相对位置数据对操作模块采取对应的调整措施。
控制组件持续进行预测和反馈以引导操作者进行穿刺路径调整，克服现有技术中穿刺模拟过程仅能被动显示或依靠人主观判断进行调整的缺陷，定性与定量相结合的显示措施可辅助操作者提高穿刺练习的成功率，将手部调整动作与定量数据结合起来，穿刺练习准确有效。
优选地，显影模块包括分别设置在两个相互垂直平面的感光组件，显影模块按照感光组件能够获取穿过仿生模块的光线的方式在仿生模块另一侧布置有光源组件，使得光源组件发出的平行光可以照射仿生模块并在对侧的感光组件上形成第一投影和第二投影。感光组件对应的平面大小按照能够覆盖仿生模块穿刺练习区域的方式布置，感光组件基于照射在表面的光线强弱生成相应的电信号，控制组件获取对应的电信号并重新生成能够显示仿生模块结构和相对位置信息的二维图像和三维图像。
优选地，感光组件包括分布在两个相互垂直表面的第一感光器和第二感光器，光源组件在第一感光器和第二感光器正对面分别布置有第一光源和第二光源，其中，第一光源产生的第一平行光线穿过仿生模块并在第一感光器上留下第一投影，第二光源产生与第一平行光垂直的第二平行光线穿过仿生模块并在第二感光器上留下第二投影。第一光源和第二光源可以由多个小光源并行组成，第一光源和第二光源至少覆盖仿生模块进行穿刺练习的部分，第一光源与仿生模块留有一定间距以保证足够的刺入空间。
优选地，控制组件按照能够获取感光组件投影数据的方式与感光组件数据连接，控制组件按照能够将第一投影和第二投影的处理图像传输至显示组件的方式与显示组件数据连接，存储组件按照能够存储投影数据的方式与控制组件数据连接，引导组件可基于控制组件的计算分析结果在显示组件展示预警引导标记。
优选地，控制组件可基于投影数据将仿生模块数据化，在仿生模块位于感光组件和光源组件包围空间的情况下，控制组件基于格栅化的第一投影和第二投影给出仿生模块各点的空间坐标并传输给存储组件进行保存，使得穿刺模块相对仿生模块的位置数据可以基于空间坐标进行表示。仿生模块空间坐标化可以使得感光组件的投影与空间坐标联系起来，便于控制组件的运算，也可以依托空间坐标对穿刺路径和位置信息进行存储。
优选地，显示组件包括二维显示区和三维显示区，二维显示区可以分别显示控制组件处理后第一投影和第二投影，使得操作人可基于二维显示区获取穿刺针在仿生模块中的相对位置信息；三维显示区可显示控制组件根据第一投影和第二投影生成的三维图像，使得操作人能够对穿刺针在模拟血管中的行进有更加直观形象地认识。
优选地，控制组件按照穿刺针位于模拟血管外或至少部分刺入模拟血管的方式设置有第一工作模式和第二工作模式，在控制组件基于感光组件检测到穿刺针刺入模拟血管的情况下，控制组件由第一工作模式转变为第二工作模式。穿刺练习过程分为多个步骤，例如以穿刺针进入模拟血管前后作为分界，穿刺针进入模拟血管前，控制组件以第一工作模式对穿刺针的初始角度进行分析并预测穿刺路径，当穿刺路径偏离合理范围，存在穿透模拟血管的风险时，控制组件基于引导组件向操作者展示预测结果和引导标记，辅助操作者进行初步修正，保证穿刺针的初始角度能够满足穿刺要求。
优选地，在控制组件处于第一工作模式的情况下，穿刺针基于穿刺方式与模拟血管的中心轴线产生一个初始角度，控制组件通过第一投影和第二投影预测穿刺针的穿刺路径并将预测数据传输至引导组件，引导组件基于预测数据在显示组件上为操作者提供引导标记以调整偏离合理范围的穿刺路径。
优选地，第一投影中穿刺针与模拟血管轴线的夹角为第一初始夹角，第二投影中穿刺针与模拟血管轴线的夹角为第二初始夹角，基于模拟血管的尺寸、第一初始角和第二初始角，控制组件可以预测穿刺针以当前初始角度刺入模拟血管的位置数据，当第一初始角小于第一角度阈值且第二初始角度小于第二角度阈值时，穿刺针单次穿过模拟血管，从而将部分穿刺针准确地置入模拟血管中。当第一初始夹角大于第一角度阈值或第二初始角度大于第二角度阈值时，控制组件在向显示组件传递实时投影数据的基础上，控制引导组件在显示组件上添加预警标记和引导标记。
优选地，在控制组件处于第二工作模式的情况下，穿刺针以一定角度刺入模拟血管，控制组件基于穿刺针的预测路径和模拟血管处于不同相对位置输出不同程度的引导标记，使得操作人可以根据差异化的引导标记调整穿刺针的角度和穿刺路径。
优选地，在穿刺针部分置入模拟血管的情况下，控制组件基于穿刺针的预测路径和模拟血管处于不同相对位置分类为第一情况、第二情况和第三情况，引导组件以包括颜色或图形中至少一种的区别方式在显示组件上为操作者提供不同情况下的引导标记。穿刺针进入模拟血管后，手部抖动或调整会改变穿刺路径的角度和方向，需要控制组件对穿刺针与仿生模块的相对位置进行持续性检测和分析预测。控制组件根据穿刺路径预测结果中穿刺针迫近模拟血管边缘的程度设置多种情况，可以对不同情况下的穿刺练习提出相应的调整。例如，第一情况为预测穿刺路径正常且保持安全距离，当前穿刺路径无需进行调整；第二情况为预测穿刺路径异常且无法保持安全距离，当前穿刺路径需要调整；第三情况下可以是穿刺针已触碰模拟血管边缘或穿过模拟血管边缘，操作者需要取出穿刺针，重新进行练习。
优选地，第一投影中，穿刺针与模拟血管轴线的夹角为第一夹角，穿刺针的针尖偏离模拟血管投影中心轴线的距离为第一间距；第二投影中，穿刺针与模拟血管轴线的夹角为第二夹角，穿刺针的针尖距离模拟血管投影下边缘的距离为第二间距，穿刺针已进入模拟血管的长度为第一长度，穿刺针可进入模拟血管的最大值为目标长度，目标长度与第一长度的差值为剩余目标长度。
优选地，当穿刺针与模拟血管的相对位置处于第一情况时，在穿刺针继续行进剩余目标长度的情况下，穿刺针到模拟血管边缘的间距大于预设安全距离，穿刺操作可以正常完成，引导组件使用第一颜色或第一图形在显示组件上展示相对位置数据和引导标记。
当第一计算值小于第一间距阈值且第二计算值大于第二间距阈值时，控制组件预测穿刺针的针尖在末位置可与模拟血管边缘保持安全距离；预设安全距离包括第一间距阈值和第二间距阈值，第一计算值由模拟血管尺寸、第一夹角、第一间距和剩余目标长度计算获得，第二计算值由模拟血管尺寸、第二夹角、第二间距和剩余目标长度计算获得。
优选地，当穿刺针与模拟血管的相对位置处于第二情况时，在穿刺针继续行进剩余目标长度的情况下，穿刺针到模拟血管边缘的间距小于预设安全距离或穿刺针将会穿过模拟血管边缘，穿刺路径需要调整，引导组件使用第二颜色或第二图形在显示组件上展示至少部分相对位置数据和引导标记。
当第一计算值大于第一间距阈值或第二计算值小于第二间距阈值时，控制组件预测穿刺针的针尖在末位置与模拟血管边缘的间距将会突破安全距离或穿刺针有刺破模拟血管的风险，需要操作人对穿刺路径进行调整。
优选地，当穿刺针与模拟血管的相对位置处于第三情况时，穿刺针已经穿过模拟血管边缘，穿刺操作需要重新进行，引导组件使用第三颜色或第三图形在显示组件上展示至少部分相对位置数据和引导标记。
第一间距大于模拟血管半径或第二间距小于零，控制组件判断穿刺针已触碰模拟血管边缘或穿过模拟血管边缘，穿刺练习失败，需要取出穿刺针进行重新练习。
优选地，控制组件可根据穿刺针在仿真模块中的深度对光源组件进行调节，当穿刺针进入仿生模块较深位置的时候，光源组件发出平行光的亮度增强，使得显影组件上的阴影边界更清晰，增强感光组件获取投影的清晰程度，有利于提高控制组件对穿刺针与仿生组件相对位置识别的准确程度。
优选地，仿生模块在表层设置有表皮层，表皮层基于分层设置的表皮片和填充片模拟真实皮肤的表皮和真皮结构；表皮层远离皮肤表面的方向设置有血管层，若干不同布置形态的模拟血管可模拟真实血管的蜿蜒形态，不同尺寸的模拟血管按照投影到两个相互垂直表面的阴影不发生重合的方式间隔布置在血管层内，模拟血管在不同位置的尺寸及布置方向逐渐变化以模拟真实血管的结构；血管层周围布置有用于承托血管层和表皮层的组织层，组织层按照贴合包围模拟血管的方式与血管层形成无缝隙的整体。
优选地，穿刺针通过与针座可拆卸连接的方式配置有不同规格的若干穿刺针，针座布置有握持节，握持节可配置为带纹路的柱状或扁平状结构，保障穿刺过程中手部力量能够平稳地传递。
附图说明
图1是本发明的一种优选实施方式的简化整体结构示意图；
图2是本发明的一种优选实施方式的仿生模块简化结构示意图；
图3是本发明的一种优选实施方式的显影模块简化结构示意图；
图4是本发明的一种优选实施方式的穿刺位置示意图；
图5是本发明的一种优选实施方式的控制连接示意图。
附图标记列表
100：仿生模块；101：表皮层；102：血管层；1021：模拟血管；103：组织层；200：显影模块；201：光源组件；2011：第一光源；2012：第二光源；202：感光组件；2021：第一感光器；2022：第二感光器；203：显示组件；2031：二维显示区；2032：三维显示区；204：控制组件；205：存储组件；206：引导组件；300：穿刺模块；301：穿刺针；302：针座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本申请提出了一种可视化穿刺模具，如图1所示，包括用于模拟真实组织及血管的仿生模块100，如图2所示，仿生模块100在表层设置有表皮层101，表皮层101基于分层设置的表皮片和填充片模拟真实皮肤的表皮和真皮结构；表皮层101远离皮肤表面的方向设置有血管层102，若干不同布置形态的模拟血管1021可模拟真实血管的蜿蜒形态，不同尺寸的模拟血管1021按照投影到两个相互垂直表面的阴影不发生重合的方式间隔布置在血管层102内，模拟血管1021在不同位置的尺寸及布置方向逐渐变化以模拟真实血管的结构；血管层102周围布置有用于承托血管层102和表皮层101的组织层103，组织层103按照贴合包围模拟血管1021的方式与血管层102形成无缝隙的整体。
优选地，仿生模块100使用不同物理性质的完全透光的弹性材料制成，例如表皮层101和组织层103可以是不同硬度或弹性的硅胶材料制作而成，使得仿生模块100可以模拟皮肤不同位置被穿刺时的力学性能，增强穿刺触感。血管层102的模拟血管1021可以使用半透明的弹性材料制成，例如可以是添加色素的硅胶材料，使得模拟血管1021在光投影作用下基于较浅的阴影区别于周边完全透明的组织层103或表皮层101。
如图1所示，模具包括能够刺入仿生模块100的穿刺模块300，穿刺模块300按照穿刺针301可与针座302可拆卸连接的方式配置有不同规格的若干穿刺针301，针座302布置有握持节，握持节可配置为带纹路的柱状或扁平状结构，保障穿刺过程中的力量传递。
如图1所示，优选地，模具侧边设置有用于放置穿刺针301的若干孔位，佩戴有保护帽且具备不同长度或尺寸的穿刺针301按照针尖朝下的方式放置，取放方便快捷。
优选地，穿刺模具包括电源，电源可以是可充电的蓄电池，模具可依靠蓄电池工作或在充电状态下工作，电源设置在仿生模块100的预设腔体中。仿生模块100设有用于同时收纳不同尺寸穿刺针301的置针位，穿刺针301覆盖有保护壳，操作者可根据训练需要取出合适尺寸的穿刺针301投入穿刺练习。
如图3所示，模具包括用于生成投影的显影模块200，承载模拟血管1021投影且相互垂直的表面可以是第一表面和第二表面，其中，用于承载竖向投影的第一表面与水平面平行；用于承载横向投影的第二平面与水平面垂直且与模拟血管1021的布置走向大致平行。显影模块200按照布置在第一表面和第二表面的感光组件202能够获得入射光的方式在与第一表面和第二表面相对的平面布置有光源组件201，感光组件202包括第一感官器和第二感光器2022，光源组件201包括若干第一光源2011和第二光源2012，其中，第一光源2011发出的平行光线经过模具后垂直照射第一平面，第二光源2012发出的平行光线经过模具后垂直照射第二平面，使得第一感光器2021和第二感光器2022接收到的投影能够准确反映模拟血管1021尺寸和布置形态的第一投影和第二投影；第一投影可以体现与第一平面平行截面的模拟血管1021尺寸及形态，第二投影可以体现与第二平面平行截面的模拟血管1021尺寸及形态。
优选地，将模具置于XYZ坐标系时，X轴是平行于水平面且大致指向穿刺方向，Y轴是平行于水平面且垂直于X轴的方向，Z轴是垂直于水平面的方向，则第一表面平行于XY表面，第二表面平行于XZ表面。或者，模具整体可设置为长方体，第一平面为底面，第二平面为后面，第一光源2011发出的平行光线照射顶面，第二光源2012发出的平行光线照射前面，模拟血管1021的延伸方向近似为从右面到左面的平行方向。
优选地，如图5所示，控制组件204按照能够获取感光组件202投影数据的方式与感光组件202数据连接，控制组件204按照能够将第一投影和第二投影的处理图像传输至显示组件203的方式与显示组件203数据连接，存储组件205按照能够存储投影数据的方式与控制组件204数据连接，引导组件206可基于控制组件204的计算分析在显示组件203展示辅助引导标记。
优选地，控制组件204可基于投影数据将仿生模块100数据化，即将仿生模块100置入第一平面和第二平面组成的立体空间坐标中，计算模块基于投影数据给出仿生模块100中所有点的立体坐标数据；则存储组件205可基于坐标数据对仿生模块100的信息进行存储。
优选地，如图4所示，控制组件204在穿刺模块300初次刺入模拟血管1021前后设置有第一工作模式和第二工作模式，第一工作模式下，穿刺针301刺入表皮层101而未刺入模拟血管1021，第二工作模式下，穿刺针301刺入模拟血管1021；当穿刺针301刺入模拟血管1021时，控制组件204由第一工作模式转变为第二工作模式。
优选地，在控制组件204处于第一工作模式的情况下，穿刺针301基于斜向下的穿刺方式与模拟血管1021的轴线产生一个初始角度，第一投影中穿刺针301与模拟血管1021轴线的夹角为第一初始夹角，第二投影中穿刺针301与模拟血管1021轴线的夹角为第二初始夹角，基于模拟血管1021的尺寸、第一初始角和第二初始角，控制组件204可以预测穿刺针301以当前初始角度刺入模拟血管1021的位置数据，当第一初始角小于第一角度阈值且第二初始角度小于第二角度阈值时，穿刺针301单次穿过模拟血管1021，从而将部分穿刺针301准确地置入模拟血管1021中。
优选地，针对不同的模拟血管1021，由于模拟血管1021的尺寸和走向不同，第一角度阈值和第二角度阈值是不同。例如，模拟血管1021尺寸越大，走向越趋近于同时平行于第一平面和第二平面，则第一角度阈值和第二角度阈值就越大，穿刺针301可进行穿刺的角度范围角越大。
优选地，当模拟血管1021的尺寸随布置位置发生变化的情况下，选择穿刺的位置不同，则第一角度阈值和第二角度阈值也会发生变化。控制组件204基于感光组件202的投影数据，计算出各模拟血管1021在不同位置的第一角度阈值和第二角度阈值并存入存储组件205，使得控制组件204可基于存储组件205的预存阈值数据对尚未穿刺模拟血管1021的穿刺针301进行分析判断。
优选地，当第一初始夹角大于第一角度阈值或第二初始角度大于第二角度阈值时，控制组件204在向显示组件203传递实时投影数据的同时，控制引导组件206对显示组件203的投影添加预警标记和引导标记。例如，预警标记可使用不同于投影颜色的线条或图形以模拟穿刺针301以当前初始角度进行穿刺的末状态，引导标记可以使用其他颜色的线条或图形标记穿刺针301的调整方向。
优选地，显示组件203包括二维显示区2031和三维显示区2032，二维显示区2031可以分别显示第一投影和第二投影，使得操作人可基于二维显示区2031直接获得穿刺针301在仿生模块100中的相对位置信息；三维显示区2032可显示基于第一投影和第二投影生成的三维图像，使得操作人能够对穿刺针301在模拟血管1021中的行进有更加直观形象地认识。
优选地，在控制组件204处于第二工作模式的情况下，穿刺针301以一定角度刺入模拟血管1021，第一投影中，穿刺针301与模拟血管1021轴线的夹角为第一夹角，穿刺针301的针尖偏离模拟血管1021投影中心轴线的距离为第一间距；第二投影中，穿刺针301与模拟血管1021轴线的夹角为第二夹角，穿刺针301的针尖距离模拟血管1021投影下边缘的距离为第二间距，穿刺针301已进入模拟血管1021的长度为第一长度，穿刺针301可进入模拟血管1021的最大值为目标长度，目标长度与第一长度的差值为剩余目标长度。
第一夹角和第二夹角体现穿刺针301行进方向偏离模拟血管1021轴线方向的程度，第一间距和第二间距表示穿刺针301的针尖距离模拟血管1021边缘的距离大小。当第一夹角/第二夹角越大或第一间距越大/第二间距越小时，穿刺针301则越容易触碰模拟血管1021的边缘，导致穿刺的失败。
优选地，控制组件204基于穿刺位置的模拟血管1021和穿刺针301处于不同相对位置输出不同程度的引导措施，使得操作人可以根据差异化的引导措施调整穿刺针301的角度和行进路径。模拟血管1021和穿刺针301处于不同相对位置是指穿刺在模拟血管1021中的第一夹角、第二夹角、第一间距和第二间距中的至少一项不同，不同程度的引导措施是指第一夹角、第二夹角、第一间距和第二间距中的至少一项在大于或小于某个阈值时，引导组件206在显示组件203上的引导辅助标记采用不同颜色和/或不同图形对穿刺过程进行预警和引导。
优选地，控制组件204根据预测路径下穿刺针301与模拟血管1021边缘的迫近程度预设有第一阈值表和第二阈值表，第一阈值表为穿刺针301与模拟血管1021的相对位置由第一情况向第二情况转变的临界点；第二阈值表为穿刺针301与模拟血管1021的相对位置由第二情况向第三情况转变的临界点。第一阈值表和第二阈值表可以配置为包括第一夹角、第二夹角、第一间距、第二间距、剩余目标长度中的一种或多种。
优选地，在穿刺针301与模拟血管1021的相对位置处于第一情况时，穿刺针301继续行进剩余目标长度后，到模拟血管1021边缘的间距大于安全距离，穿刺操作可以正常完成。由于穿刺针301在进入模拟血管1021前经过控制组件204第一工作模式的调整，则穿刺针301在进入模式血管后的第一角度和第二角度与第一初始角度和第二初始角度基本一致，当操作人改变穿刺针301行进方向时，处于第二工作模式的控制组件204对穿刺针301和模拟血管1021的相对位置进行重新判断。例如，当第一计算值小于第一间距阈值且第二计算值大于第二间距阈值时，说明穿刺针301的针尖在末位置与模拟血管1021边缘保持安全距离。第一计算值由模拟血管1021尺寸、第一夹角、第一间距和剩余目标长度计算获得，第二计算值由模拟血管1021尺寸、第二夹角、第二间距和剩余目标长度计算获得。
优选地，当控制组件204判断穿刺针301与模拟血管1021的相对位置处于第一情况时，引导组件206使用第一颜色展示穿刺针301与模拟血管1021的相对位置数据和引导标记，存储组件205持续存储相对位置数据。操作者在通过二维显示区2031和三维显示区2032获得穿刺针301路径定性认识的基础上，可以通过颜色标记的相对位置数据清楚穿刺针301的准确位置。
优选地，当穿刺针301与模拟血管1021的相对位置处于第二情况时，穿刺针301继续行进剩余目标长度后，到模拟血管1021边缘的间距小于安全距离或穿刺针301将穿过模拟血管1021边缘，穿刺路径需要调整。例如，当第一计算值大于第一间距阈值或第二计算值小于第二间距阈值时，说明穿刺针301的针尖在末位置与模拟血管1021边缘的间距将会突破安全距离或穿刺针301有刺破模拟血管1021的风险，需要操作人对穿刺路径进行调整。
优选地，当控制组件204判断穿刺针301与模拟血管1021的相对位置处于第二情况时，引导组件206使用第二颜色展示穿刺针301与模拟血管1021的至少部分相对位置数据和引导标记，显示屏可基于颜色区分展示的数据和引导标记为操作者调整穿刺路径提供参考和依据。
优选地，当穿刺针301与模拟血管1021的相对位置处于第三情况时，穿刺针301已经穿过模拟血管1021边缘，穿刺操作需要重新进行。例如，第一间距大于模拟血管1021半径或第二间距小于零，说明穿刺针301已触碰模拟血管1021边缘或穿过模拟血管1021边缘，穿刺练习失败，需要取出穿刺针301进行重新练习。
优选地，当控制组件204判断穿刺针301与模拟血管1021的相对位置处于第三情况时，引导组件206使用第三颜色展示穿刺针301与模拟血管1021的至少部分相对位置数据和引导标记，显示屏可基于颜色区分展示的数据和引导标记对操作者进行提示。
优选地，显示组件203设置有放大显示区，放大显示区可突出显示穿刺针301和模拟血管1021的位置，相对位置数据能够定量地展示穿刺针301与模拟血管1021的相对位置，引导标记可以定性地展示出穿刺路径的调整方向。
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 (6)
1.一种可视化穿刺模具，其特征在于，所述模具包括基于分层结构模拟真实组织的仿生模块(100)，在所述仿生模块(100)布置有若干不同形态的模拟血管(1021)的情况下，不同尺寸的所述模拟血管(1021)按照投影到两个相互垂直平面的阴影不发生重合的方式进行设置；
在穿刺模块(300)刺入所述仿生模块(100)进行穿刺练习的情况下，所述仿生模块(100)周围布置有用于获取所述穿刺模块(300)相对所述仿生模块(100)位置数据并且由光源组件(201)和感光组件(202)组成的显影模块(200)，使得控制组件(204)能够基于所述显影模块(200)获取的所述位置数据对所述穿刺模块(300)与所述仿生模块(100)的相对位置进行分类展示并向操作者提供差异化的穿刺路径引导；
所述显影模块(200)包括分别设置在两个相互垂直平面的感光组件(202)，所述显影模块(200)按照所述感光组件(202)能够获取穿过所述仿生模块(100)的光线的方式在所述仿生模块(100)另一侧布置有光源组件(201)，使得所述光源组件(201)发出的平行光照射所述仿生模块(100)并在对侧的所述感光组件(202)上形成第一投影和第二投影；
所述控制组件(204)按照能够获取所述感光组件(202)投影数据的方式与所述感光组件(202)数据连接，所述控制组件(204)按照能够将所述第一投影和所述第二投影的处理图像传输至显示组件(203)的方式与所述显示组件(203)数据连接，存储组件(205)按照能够存储投影数据的方式与所述控制组件(204)数据连接，引导组件(206)基于所述控制组件(204)的计算分析结果在所述显示组件(203)展示预警引导标记；
所述控制组件(204)按照穿刺针(301)位于所述模拟血管(1021)外部或至少部分刺入所述模拟血管(1021)的方式设置有第一工作模式和第二工作模式，在所述控制组件(204)基于感光组件(202)检测到所述穿刺针(301)刺入所述模拟血管(1021)的情况下，所述控制组件(204)由所述第一工作模式转变为所述第二工作模式；
在所述控制组件(204)处于所述第一工作模式的情况下，所述穿刺针(301)基于穿刺方式与所述模拟血管(1021)的中心轴线产生一个初始角度，所述控制组件(204)通过第一投影和第二投影预测所述穿刺针(301)的穿刺路径并将预测数据传输至所述引导组件(206)，所述引导组件(206)基于所述预测数据在所述显示组件(203)上为操作者提供引导标记以调整偏离合理范围的所述穿刺路径；
在所述控制组件(204)处于所述第二工作模式的情况下，所述穿刺针(301)以一定角度刺入所述模拟血管(1021)，所述控制组件(204)基于所述穿刺针(301)的预测路径和所述模拟血管(1021)处于不同相对位置输出不同程度的引导标记，使得操作人能够根据差异化的所述引导标记调整所述穿刺针(301)的角度和所述穿刺路径。
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述控制组件(204)能够基于投影数据将所述仿生模块(100)数据化，在所述仿生模块(100)位于所述感光组件(202)和所述光源组件(201)包围空间的情况下，所述控制组件(204)基于格栅化的所述第一投影和所述第二投影给出所述仿生模块(100)各点的空间坐标并传输给所述存储组件(205)进行保存，使得所述穿刺模块(300)相对所述仿生模块(100)的位置数据能够基于所述空间坐标进行表示。
3.根据权利要求2所述的模具，其特征在于，在所述穿刺针(301)部分置入所述模拟血管(1021)的情况下，所述控制组件(204)基于所述穿刺针(301)的所述预测路径和所述模拟血管(1021)处于不同相对位置分类为第一情况、第二情况和第三情况，所述引导组件(206)以包括颜色或图形中至少一种的区别方式在所述显示组件(203)上为操作者提供不同情况下的所述引导标记。
4.根据权利要求3所述的模具，其特征在于，当所述穿刺针(301)与所述模拟血管(1021)的相对位置处于所述第一情况时，在所述穿刺针(301)继续行进剩余目标长度的情况下，所述穿刺针(301)到所述模拟血管(1021)边缘的间距大于预设安全距离，穿刺操作能够正常完成，所述引导组件(206)使用第一颜色或第一图形在所述显示组件(203)上展示相对位置数据和引导标记。
5.根据权利要求4所述的模具，其特征在于，当所述穿刺针(301)与所述模拟血管(1021)的相对位置处于所述第二情况时，在所述穿刺针(301)继续行进所述剩余目标长度的情况下，所述穿刺针(301)到所述模拟血管(1021)边缘的间距小于所述预设安全距离或所述穿刺针(301)将会穿过所述模拟血管(1021)边缘，所述穿刺路径需要调整，所述引导组件(206)使用第二颜色或第二图形在所述显示组件(203)上展示至少部分相对位置数据和引导标记。
6.根据权利要求5所述的模具，其特征在于，当所述穿刺针(301)与所述模拟血管(1021)的相对位置处于所述第三情况时，所述穿刺针(301)已经穿过所述模拟血管(1021)边缘，穿刺操作需要重新进行，所述引导组件(206)使用第三颜色或第三图形在所述显示组件(203)上展示至少部分相对位置数据和引导标记。
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