CN115294826A - 基于混合现实、3d打印与空间微定位的针灸训练模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，其特征在于，包括：3D打印人体骨骼肌肉结构；运行有针灸训练模拟软件系统的电脑主机；微空间定位子系统；虚拟现实显示设备，针灸训练模拟软件系统运用混合现实技术通过虚拟现实显示设备向受训医师展示人体经络三维模型，并且将实时三维空间位置信息叠加在人体经络三维模型上。本发明提供的针灸训练模拟系统根据实时三维空间位置信息，判断受训医师进行针灸训练时，其针刺位置以及深度是否正确，从而辅助临床针灸医师完成有拟真手感的模拟操作训练。结合混合现实、空间微定位、3D打印等技术，临床医师能够利用本发明提供的系统反复进行针灸操作训练。
Description
技术领域
本发明涉及一种针灸训练模拟系统，应用了3D打印、混合现实技术、空间微定位技术，属于模拟医学技术领域。
背景技术
模拟医学通过仿真技术和方法，还原和重建医学临床领域的各类器械，实现医学操作训练和辅助医疗等。
目前，传统的中医针灸培训存在培训医师在进行针灸训练时，不能及时获得针灸位置与深度是否正确的情况。而且传统的中医针灸培训所使用的模拟器材质是单一材质，与真实人体皮肤存在的多层结构完全不同。所以因此导致了模型操作学习效率较低，成本较高的情况。
发明内容
本发明的目的是：将模拟医学应用在中医针灸培训上，以克服传统的中医针灸培训存在的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，其特征在于，包括：
使用不同的3D打印材料，应用3D打印技术，打印出的3D打印人体全身骨骼肌肉结构；
运行有针灸训练模拟软件系统的电脑主机；
微空间定位子系统，包括与电脑主机相连的微空间定位设备、安装在针灸用针上的微定位传感器以及放置在3D打印人体骨骼肌肉结构不同位置处的磁块，微空间定位设备通过微定位传感器以及磁块实时追踪针灸用针的三维空间位置信息，并将该三维空间位置信息反馈给针灸训练模拟软件系统；受训医师完成针刺操作后，针灸训练模拟软件系统基于反馈的实时三维空间位置信息判断当前针刺操作的穿刺位置与穿刺深度是否符合要求；
与电脑主机相连的虚拟现实显示设备，受训医师在3D打印人体全身骨骼肌肉结构上进行针灸训练时，针灸训练模拟软件系统运用混合现实技术通过虚拟现实显示设备向受训医师展示基于3D打印人体骨骼肌肉结构建立的人体经络三维模型，并且当受训医师进行针刺操作时，针灸训练模拟软件系统将反馈至微空间定位子系统的实时三维空间位置信息叠加在人体经络三维模型上，通过虚拟现实显示设备向受训医师实时展示。
优选地，所述3D打印人体骨骼肌肉结构具有表皮层、骨骼层、肌肉层和动静脉血管层，其中，表皮层、骨骼层、肌肉层和动静脉血管层分别使用不同的材料进行打印，以仿真真实的人体组织触感与软硬程度。
优选地，所述微空间定位设备采用电磁定位设备。
优选地，所述人体经络三维模型叠加有经络走向，或者所述人体经络三维模型未叠加经络走向。
优选地，所述针灸训练模拟软件系统具有训练模式与考核模式；
当所述针灸训练模拟软件系统工作于训练模式时，所述人体经络三维模型叠加有经络走向，受训医师根据所述针灸训练模拟软件系统给出的提示，找准穿刺位置与深度，在3D打印人体骨骼肌肉结构上进行针刺操作；
当所述针灸训练模拟软件系统工作于考核模式时：所述人体经络三维模型不叠加有经络走向，受训医师在无提示的条件下在3D打印人体骨骼肌肉结构上进行针刺操作；当受训医师完成针刺操作后，所述针灸训练模拟软件系统再在所述人体经络三维模型上叠加经络走向，并给出上一步的针刺操作是否正确的判断。
本发明针对针灸医生培训考核实际需求，利用混合现实、空间微定位技术研发针灸训练模拟系统，搭建教学、培训和考核一体化平台系统。使用3D打印技术构建出具有多层结构、每层不同软硬程度的人体3D打印模型，解决原有模拟器材质单一、手感不真实的问题。
同时，本发明结合混合现实技术，将虚拟的人体经络骨骼模型，叠加显示到3D打印人体模型上，使得操作医师能够在现实环境中，看到叠加在三维物体上的虚拟经络模型。因此训练医师可以在操作时，根据实际看到的人体经络来判断针灸位置，解决原本针灸模拟器并不能实时看到经络三维结构的问题，大幅提高培训的效率。
另外，本发明结合空间微定位技术，空间定位追踪针灸器械的位置和角度，空间定位设备可以使用电磁定位的方式，定位精度达到毫米级，能实时给到系统针灸器械的具体定位和方向，并且在用户操作正确或者错误的时候，实时给出反馈，解决了当前针灸培训时，医师进行操作时，针灸的位置和深度信息没有实时操作反馈的问题。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明采用了3D打印、混合现实技术、空间微定位技术。3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印运用于医疗领域常与三维重建技术相结合，通过三维重建的技术对医学影像Dicom数据进行三维数字化重建，然后根据不同人体结构使用不同材料进行打印。常用材料有用于骨骼打印的光敏树脂和用于内脏或血管的类橡胶材料。
混合现实技术：使用混合现实头戴设备，设备能将虚拟的人体经络骨骼模型，叠加显示到3D打印人体模型上。使得操作医师能够在现实环境中，看到叠加在三维物体上的虚拟经络模型。
空间微定位技术：通过空间定位追踪针灸器械的位置和角度，空间定位设备可以使用电磁定位的方式，定位精度达到毫米级，能实时给到系统针灸器械的具体定位和方向，确保精准操作。
基于上述技术，如图1所示，本发明提供了一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，包括：
1)3D打印人体骨骼肌肉结构：是使用不同的3D打印材料，应用3D打印技术，打印出的一个具有表皮层、骨骼层、肌肉层、动静脉血管层的人体骨骼肌肉结构。3D打印人体骨骼肌肉结构中的表皮层、骨骼层、肌肉层、动静脉血管层使用不同的材料进行打印，具有不同的软硬程度，达到仿真真实的人体组织触感与软硬程度的目的。
2)微空间定位设备及微定位传感器
本实施例中，微空间定位设备采用电磁定位设备，将电磁定位设备与电脑主机相连，在电脑主机内预先装有电磁定位设备的驱动软件程序。通过驱动软件程序检测电磁定位设备与电脑主机之间的连接是否正常，检测电磁定位设备与微定位传感器之间的通信是否正常，还通过驱动软件程序检测电磁定位设备以及微定位传感器是否能够正常运行。将微定位传感器安装在针灸用针上，在3D打印人体骨骼肌肉结构的不同位置处放置不同的磁块，用于接收微定位传感器的信号。受训医师利用安装有微定位传感器的针灸用针在3D打印人体骨骼肌肉结构上进行针灸训练时，电磁定位设备利用微定位传感器实时追踪针灸用针的三维空间位置信息，并将该三维空间位置信息反馈给电脑主机，由电脑主机根据针灸用针的实时三维空间位置信息，给出实时反馈。本实施例中，所采用的微空间定位设备及微定位传感器的精度达到亚毫米级。
3)MR头盔
MR头盔与电脑主机相连。受训医师进行针灸训练时，电脑主机运用混合现实(MR)技术，将微空间定位设备反馈的实时三维空间位置信息叠加在基于3D打印人体骨骼肌肉结构生成的人体经络三维模型上，并将叠加有实时三维空间位置信息的人体经络三维模型通过MR头盔实时反馈给受训医师。
本发明提供的针灸训练模拟系统具有训练模式与考核模式。在训练模式下，将经络走向叠加在人体经络三维模型上，受训医师通过MR头盔能够看到叠加有经络走向的人体经络三维模型，从而可以根据系统提示，找准穿刺位置与深度。在考核模式下，人体经络三维模型不显示经络走向，受训医师需要在无提示下进行针灸。完成针刺操作操作后，本发明提供的针灸训练模拟系统才会在人体经络三维模型上显示经络走向，并给出上一步的针刺操作是否正确的判断，达到进一步提升受训医师的操作水平的目的。
本发明提供的针灸训练模拟系统根据实时三维空间位置信息，判断受训医师进行针灸训练时，其针刺位置以及深度是否正确，从而辅助临床针灸医师完成有拟真手感的模拟操作训练。结合混合现实、空间微定位、3D打印等技术，临床医师能够利用本发明提供的系统反复进行针灸操作训练。
Claims (5)
1.一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，其特征在于，包括：
使用不同的3D打印材料，应用3D打印技术，打印出的3D打印人体骨骼肌肉结构；
运行有针灸训练模拟软件系统的电脑主机；
微空间定位子系统，包括与电脑主机相连的微空间定位设备、安装在针灸用针上的微定位传感器以及放置在3D打印人体骨骼肌肉结构不同位置处的磁块，微空间定位设备通过微定位传感器以及磁块实时追踪针灸用针的三维空间位置信息，并将该三维空间位置信息反馈给针灸训练模拟软件系统；受训医师完成针刺操作后，针灸训练模拟软件系统基于反馈的实时三维空间位置信息判断当前针刺操作的穿刺位置与穿刺深度是否符合要求；
与电脑主机相连的虚拟现实显示设备，受训医师在3D打印人体骨骼肌肉结构上进行针灸训练时，针灸训练模拟软件系统运用混合现实技术通过虚拟现实显示设备向受训医师展示基于3D打印人体骨骼肌肉结构建立的人体经络三维模型，并且当受训医师进行针刺操作时，针灸训练模拟软件系统将反馈至微空间定位子系统的实时三维空间位置信息叠加在人体经络三维模型上，通过虚拟现实显示设备向受训医师实时展示。
2.如权利要求1所述的一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，其特征在于，所述3D打印人体骨骼肌肉结构具有表皮层、骨骼层、肌肉层和动静脉血管层，其中，表皮层、骨骼层、肌肉层和动静脉血管层分别使用不同的材料进行打印，以仿真真实的人体组织触感与软硬程度。
3.如权利要求1所述的一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，其特征在于，所述微空间定位设备采用电磁定位设备。
4.如权利要求1所述的一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，其特征在于，所述人体经络三维模型叠加有经络走向，或者所述人体经络三维模型未叠加经络走向。
5.如权利要求4所述的一种基于混合现实、3D打印与空间微定位的针灸训练模拟系统，其特征在于，所述针灸训练模拟软件系统具有训练模式与考核模式；
当所述针灸训练模拟软件系统工作于训练模式时，所述人体经络三维模型叠加有经络走向，受训医师根据所述针灸训练模拟软件系统给出的提示，找准穿刺位置与深度，在3D打印人体骨骼肌肉结构上进行针刺操作；
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