穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法及该系统技术方案

一种穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法及系统，包括：根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化；上述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法及穿刺虚拟教学训练系统根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，以提高力反馈的真实性，并通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化，实现方式简单，设备系统结构简单，方便控制实现，且穿刺针仅具备一个自由度，在穿刺模拟过程中不受针姿的限制，且可应用在各个场景情况下。

Retractable force feedback method and system in virtual teaching and training system for puncture

A retractable force feedback method and system in a puncture virtual teaching and training system includes: controlling the output force of retractable feedback during puncture according to the change of force sense during the process of puncture needle penetrating into skin, controlling the output torque of motor to simulate the output force of retractable feedback of puncture needle; and controlling the output torque of motor to simulate the change of output force of retractable feedback of puncture needle. The retractable force feedback method in the puncture virtual teaching and training system and the puncture virtual teaching and training system control the output force change of retractable feedback during the puncture of the puncture needle according to the change of the force sense during the puncture process, so as to improve the authenticity of the force feedback, and control the return of the puncture needle by controlling the output torque of the motor. The change of output force of retractable feedback is simple, the device system is simple and easy to control, and the needle has only one degree of freedom. It is not restricted by the needle posture in the simulation process of puncture, and can be applied in various scenarios.

【技术实现步骤摘要】
穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法及该系统
本专利技术涉及医疗教学训练系统，特别涉及一种穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法及该穿刺虚拟教学训练系统。
技术介绍
在现实生活中，医护人员常常通过穿刺向人体注入所需的血液、药液、营养液或其他流体。医护人员学习穿刺的过程中，可以通过穿刺模拟装置，来减少医护人员学习穿刺的时间，提高医护人员的穿刺技能。现有仿真穿刺设备结构比较复杂，设备体积较大，需要使用较大的空间来放置反馈装置，成本较高，需要使用很复杂的力反馈装置，使得教学设备的研发及生产成本很高。由于大多使用多自由度的力反馈装置，控制复杂，且控制时要考虑惯性力平衡，以及多自由度力的协同，且功能受限，很多力感无法实现。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能提高反馈真实性的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法。同时，提供一种提高反馈真实性的穿刺虚拟教学训练系统。一种穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，包括如下步骤：根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。在优选的实施例中，穿刺针刺入皮肤过程的力感变化根据刺入深度与受力分析经验模型用高斯曲线进行拟合：其中x表示刺入深度，f(x)为受力大小。在优选的实施例中，根据不同年龄人群对拟合高斯曲线的参数进行配置。在优选的实施例中，根据年龄分为老年人、青年人、小孩对拟合高斯曲线的参数进行配置。在优选的实施例中，所述马达通过传送带或传输线带动动力缸往返直线运动从而模拟控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。在优选的实施例中，动力缸通过管道与仿真穿刺针连通，管道中装设有力传导介质，动力缸直线运动通过力传导介质传导给仿真穿刺针形成回缩式反馈力。在优选的实施例中，所述动力缸为液压缸，所述力传导介质为液压油。一种穿刺虚拟教学训练系统，包括：主控模块、与所述主控模块连接并接收主控模块控制的回缩式反馈力组件、受所述回缩式反馈力组件驱动的仿真穿刺针组件，所述回缩式反馈力组件与仿真穿刺针组件通过管道相通连接，所述管道中设置有力传导介质，所述回缩式反馈力组件通过所述力传导介质将输出动力传导给仿真穿刺针组件，所述仿真穿刺针组件包括：与管道连接的针外壳、装设于所述针外壳中并与管道相通的针内管、与所述针外壳连接并可沿针内管移动且接收回缩式反馈力组件的反馈力的针模块；所述针模块包括：与针内管连接固定的针头部、穿设于针头部中并可沿该针头部或针内管移动的针本体、及设置在针本体上并相对于针本体的针尖设置于该针本体另一端的针内芯；所述回缩式反馈力组件包括：与所述主控模块连接接收主控模块控制的马达、设置在所述马达的输出轴上的转盘、设置在转盘上的传动带或传动线、与传动带或传动线连接的固定块、及与所述固定块连接的动力缸，所述动力缸与所述针本体通过管道连接并通过所述力传导介质将输出动力传导给针本体；所述主控模块控制马达转动输出带动转盘转动，带动转盘上的传动带或传动线转动，带动传动线上的固定块运动，带动动力缸直线运动，从而通过力传导介质传导给所述针本体，所述主控模块控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化，根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化。在优选的实施例中，穿刺针刺入皮肤过程的力感变化根据刺入深度与受力分析经验模型用高斯曲线进行拟合：其中x表示刺入深度，f(x)为受力大小。在优选的实施例中，还包括：操作台，所述操作台包括：操作下板、空气布料层、及操作面板，所述操作面板与空气布料层之间设置有结合层，所述操作下板上设置有仿真血管；所述动力缸为液压缸，所述力传导介质为液压油；所述针内芯设置于针内管中，所述针头部包括固定连接部、及与所述固定连接部的塔状针头本体部；所述固定连接部装设于针内管中，与所述针内管连接固定。上述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法及穿刺虚拟教学训练系统根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，以提高力反馈的真实性，并通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化，实现方式简单，设备系统结构简单，方便控制实现，且穿刺针仅具备一个自由度，在穿刺模拟过程中不受针姿的限制，且可应用在各个场景情况下。装置重复利用度高，基本不产生耗材，提升了资源的利用率。实现设备的结构简单、体积小、成本低，精度较高。附图说明图1为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法的中根据不同人群进行高斯拟合的受力与穿刺深度的拟合曲线；图2为本专利技术一优选实施例的穿刺虚拟教学训练系统的示意图；图3为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的部分结构示意图；图4为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的部分分解结构示意图；图5为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的仿真穿刺针组件与回缩式力反馈组件的部分结构示意图。图6为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的仿真穿刺针组件的部分结构示意图；图7为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的回缩式力反馈组件的部分结构示意图；图8为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的仿真采血管的部分结构示意图；图9为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的仿真采血管的部分分解结构示意图；图10为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统的操作台的部分分解结构示意图。具体实施方式本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，包括如下步骤：根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化，进一步，本实施例中穿刺针刺入皮肤过程的力感变化根据刺入深度与受力分析经验模型用高斯曲线进行拟合：其中x表示刺入深度，f(x)为受力大小。进一步，本实施例根据不同年龄人群对拟合高斯曲线的参数进行配置。进一步，优选的，本实施例根据年龄分为老年人、青年人、小孩对拟合高斯曲线的参数进行配置。如图1所示，根据不同年龄段分为老年人、青年人、小孩的经验模型进行高斯曲线拟合。进一步，优选的，本专利技术一实施例根据不同年龄段拟合的高斯曲线的参数为：老年人:μ＝1,σ＝2；青年人:μ＝1.1,σ＝2.2；小孩:μ＝1.2,σ＝2.3。进一步，本实施例马达通过传送带或传输线带动动力缸往返直线运动从而模拟控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。进一步，本实施例的动力缸通过管道与仿真穿刺针连通，管道中装设有力传导介质，动力缸直线运动通过力传导介质传导给仿真穿刺针形成回缩式反馈力。动力缸可以为气压缸、液压缸等直线运动动力件，力传导介质相应为气体、液压油等。为了精确控制，使运动更精确平稳，本实施例动力缸为液压缸，力传导介质为液压油。如图2至图4所示，本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统100，包括主控模块22、与主控模块22连接并接收主控模块22控制的回缩式反馈力组件80、受回缩式反馈力组件驱动的仿真穿刺针组件40，回缩式反馈力组件80与仿真穿刺针组件40通过管道20相通连接，管道20中设置有力传导介质，回缩式反馈力组件80通过力传导介质将输出动力传导给仿真穿刺针组件40。如图2至图6所示，仿真穿刺针组件40包括：与管道20连接的针外壳42、装设于针外壳42中并与管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，包括如下步骤：根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。

【技术特征摘要】
1.一种穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，包括如下步骤：根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。2.根据权利要求1所述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，穿刺针刺入皮肤过程的力感变化根据刺入深度与受力分析经验模型用高斯曲线进行拟合：其中x表示刺入深度，f(x)为受力大小。3.根据权利要求2所述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，根据不同年龄人群对拟合高斯曲线的参数进行配置。4.根据权利要求2所述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，根据年龄分为老年人、青年人、小孩对拟合高斯曲线的参数进行配置。5.根据权利要求1至4任意一项所述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，所述马达通过传送带或传输线带动动力缸往返直线运动从而模拟控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。6.根据权利要求5所述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，动力缸通过管道与仿真穿刺针连通，管道中装设有力传导介质，动力缸直线运动通过力传导介质传导给仿真穿刺针形成回缩式反馈力。7.根据权利要求6所述的穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法，其特征在于，所述动力缸为液压缸，所述力传导介质为液压油。8.一种穿刺虚拟教学训练系统，其特征在于，包括：主控模块、与所述主控模块连接并接收主控模块控制的回缩式反馈力组件、受所述回缩式反馈力组件驱动的仿真穿刺针组件，所述回缩式反馈力组件与仿真穿刺针组件通过管道相通连接，所述管道中设置有力传导介质，所述回缩式反馈力组件通过所述力传导介质将输出动力传导给...

【专利技术属性】
技术研发人员：于福东，刘平，
申请(专利权)人：苏州敏行医学信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32