一種用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鼻胃管(NGT)是一種在門診和醫(yī)院中慣用的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療器械，其放置操作是護(hù)理環(huán)節(jié)中的常見過程。然而，鼻胃管放置是一個不能在人類視覺透視輔助下完成的動作，管體的定位不能直接被裸眼識別，因此由疏忽造成的鼻胃管誤插導(dǎo)致的致命醫(yī)療事故及并發(fā)癥時有發(fā)生。
[0003]在當(dāng)前的技術(shù)條件下，護(hù)理教學(xué)中鼻胃管放置通常是在普通課室中利用真人實驗對象進(jìn)行操作實訓(xùn)，而嚴(yán)重的醫(yī)療事故是有可能發(fā)生在這些真人被實驗者身上的，其原因在于上述無視覺透視插管過程中，鼻胃管可能會在不經(jīng)意間碰撞到除胃部外的其他人體器官，如食道和鼻咽部位，導(dǎo)致縱膈并發(fā)癥或者肺炎，甚至由于食道及胸腔大血管的穿刺而造成大量出血。
[0004]除卻真人實驗，采用醫(yī)用假人模特也是鼻胃管放置訓(xùn)練的一種途徑，然而畢竟假人模特不能替代人體解剖學(xué)實驗，且其缺乏感知觸覺，不能模擬患者在插管過程中的生理反應(yīng)，使得該種訓(xùn)練方法難以在護(hù)理學(xué)院和醫(yī)學(xué)院的學(xué)員中得到有效推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述護(hù)理學(xué)教學(xué)過程中真人鼻胃管操作實訓(xùn)可能導(dǎo)致嚴(yán)重醫(yī)療事故，而假人模特?zé)o法模擬患者生理反應(yīng)的缺陷，提供一種用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)基于個人電腦平臺上安裝的虛擬現(xiàn)實(VR)與智能計算軟件以及一套外置的觸覺反饋設(shè)備，學(xué)員通過在系統(tǒng)上完成臨床鼻胃管手工放置步驟以實現(xiàn)認(rèn)知訓(xùn)練，該訓(xùn)練過程中系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置的臨床數(shù)據(jù)劃分管體所處的虛擬人體區(qū)域，并通過觸覺反饋和立體聲效向?qū)W員模擬患者的生理反應(yīng)，學(xué)員在整個鼻胃管放置過程中的動作將予以量化評估，供學(xué)員改進(jìn)臨床操作技巧。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)，包括以下部分:
[0007]系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用于存儲人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和虛擬場景內(nèi)的三維幾何模型以及操作者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)；
[0008]虛擬人體模塊，用于構(gòu)建所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，所述虛擬人體模塊包括:
[0009]碰撞檢測單元，用于實時確定虛擬鼻胃管在虛擬人體中的位置，探測所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞；
[0010]變形單元，用于計算所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞力度大小及所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的物理變形程度；
[0011]反饋信息生成模塊，用于根據(jù)所述虛擬鼻胃管在所述虛擬人體中的位置，所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞力度大小及所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的物理變形程度生成反饋信息。
[0012]用戶界面，用于在所述虛擬鼻胃管放置操作過程中實現(xiàn)操作者與虛擬患者之間信息交互。
[0013]優(yōu)選地，所述反饋信息生成模塊包括:
[0014]圖像反饋信息生成單元，用于生成反映虛擬鼻胃管在虛擬人體中的位置，所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞力度大小及所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的物理變形程度的圖像反饋信息；
[0015]所述用戶界面包括:
[0016]圖像反饋顯示單元，用于根據(jù)所述圖像反饋信息生成所述虛擬鼻胃管在所述虛擬人體中的放置過程透視圖。
[0017]優(yōu)選地，所述反饋信息生成模塊包括:
[0018]觸覺反饋信息生成單元，用于生成反映所述虛擬鼻胃管與所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的碰撞及碰撞力度大小的觸覺反饋信息；
[0019]所述用戶界面包括:
[0020]觸覺反饋傳遞單元，用于傳遞所述虛擬鼻胃管放置操作過程中所述操作者對所述虛擬鼻胃管所施加的作用力，以及根據(jù)所述觸覺反饋信息重構(gòu)所述虛擬鼻胃管對所述操作者所施加的反作用力。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述虛擬人體模塊還包括:
[0022]生理學(xué)單元，用于再現(xiàn)所述虛擬鼻胃管的放置過程中所述虛擬人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的生理變化；
[0023]所述用戶界面包括:
[0024]語音輸出單元，用于識別所述操作者對所述虛擬患者所下達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)指令，使得所述生理學(xué)單元根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)指令產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化。
[0025]優(yōu)選地，所述用戶界面還包括:
[0026]語音輸入單元，用于所述操作者對所述虛擬患者下達(dá)所述標(biāo)準(zhǔn)指令，使得所述生理學(xué)單元根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)指令產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化。
[0027]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括以下部分:
[0028]表現(xiàn)評估模塊，用于記錄所述虛擬鼻胃管的放置過程中所述操作者的若干個所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)表現(xiàn)評估，所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲于所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。
[0029]優(yōu)選地，所述學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)包括下列參數(shù)中的一種或多種:鼻胃管放置任務(wù)總耗時，所述虛擬鼻胃管停留在各所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的分耗時，所述操作者對所述虛擬鼻胃管所施加的作用力，以及所述虛擬鼻胃管的運(yùn)動軌跡。
[0030]優(yōu)選地，所述虛擬人體模塊基于將所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)以四面體網(wǎng)格的方式進(jìn)行建模，不同部位的所述人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)根據(jù)臨床鼻胃管放置流程中遇到梗塞的可能性大小差異而具有不同的建模分辨率。
[0031]優(yōu)選地，所述變形單元的構(gòu)建基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型及有限單元法。
[0032]本發(fā)明還提供一種用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)裝置，其特征在于，包括以下部分:
[0033]計算機(jī)主機(jī)，用于安裝并運(yùn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，虛擬人體模塊，反饋信息生成模塊以及表現(xiàn)評估模塊；
[0034]顯示器，用于向操作者展示用戶界面；
[0035]觸覺反饋器件，用于傳遞虛擬鼻胃管放置操作過程中所述操作者對所述虛擬鼻胃管所施加的作用力及所述虛擬鼻胃管對所述操作者所施加的反作用力。
[0036]實施本發(fā)明的一種用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)及裝置，具有以下有益效果:基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)，徹底杜絕了利用真人實驗對象進(jìn)行實訓(xùn)操作時可能出現(xiàn)的醫(yī)療事故，保障了教學(xué)安全；虛擬鼻胃管管體在虛擬人體行進(jìn)的過程對于學(xué)員而言是可視化的，插管過程中的作用力將傳遞至操作者手部，臨床患者所可能出現(xiàn)的生理反應(yīng)以多種方式及時向操作者反饋，從而加深了學(xué)習(xí)者的感官認(rèn)知；操作者與教學(xué)系統(tǒng)之間通過語音命令實現(xiàn)互動，提升了學(xué)員臨床溝通技巧；通過對操作者的模擬插管表現(xiàn)進(jìn)行評估，實現(xiàn)了學(xué)員即使導(dǎo)師不在場的情況下也能進(jìn)行自主練習(xí)，也對教學(xué)計劃的制定提供數(shù)據(jù)支持。
【附圖說明】
[0037]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0038]圖1是本發(fā)明的用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)框圖；
[0039]圖2是本發(fā)明的用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)系統(tǒng)用戶界面示意圖；
[0040]圖3是本發(fā)明的用于鼻胃管操作實訓(xùn)的智能沉浸式教學(xué)裝置硬件組成示意圖。
【具體實施方式】
[0041]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0042]本發(fā)明的核心理念是將前沿的VR技術(shù)引入鼻胃管放置教學(xué)中，