一种医学整合式实验教学系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种医学整合式实验教学系统及其实现方法，该系统包括：动物实验及人体生理功能测试实验硬件；生理信号整合运算平台，融合接收动物实验和人体生理功能测试实验硬件的生物信号，将该生物信号转换为统一格式数据类型后发送至实验教学系统；实验教学系统，接收实验目标信息以及生理信号整合运算平台传送的生理测量数据，根据实验目标的生理测量数据或通过利用人体生理驱动引擎运算模拟的数据结合实验目标的生理测量数据，构建以器官系统为中心的实时动态模拟动画和图形教学内容；系统服务器集群，负责实验课程资源的访问响应和均衡加载任务分配，基于人体生理驱动引擎启动相应计算节点进行计算，并将数据实时发送到实验教学系统。

A medical integrated experimental teaching system and its implementation method

【技术实现步骤摘要】
一种医学整合式实验教学系统及其实现方法
本专利技术涉及医学实验教学
，特别是涉及一种基于生理驱动的医学整合式实验教学系统及其实现方法。
技术介绍
医学实验教学在医学教育中占有极为重要的地位，目前医学机能学在实验教学的开展过程中，学科相对独立，以动物实验验证理论教学为主要目的。但随着动物实验成本上升、动物保护理念发展，以数字化虚拟仿真实验、人体无创功能测试实验也逐步应用到医学机能学的实验教学体系中。目前现有的医学教学实验系统主要存在如下缺点：1、开展动物实验教学和人体无创功能实验教学需要单独的实验设备和实验数据处理系统，造成实验设备种类多、增加了学校的场地消耗、成本高昂、仪器设备管理复杂。2、在实验教学中，学生只能根据动物或者人体的测试数据变化和教师的解析来理解理论知识，没有直观的器官系统生理病理机制变化解释动画，也没有临床常用的检测数据图形化分析。3、开展数字化虚拟仿真实验，教学软件缺乏基于生理驱动的算法模型，实验教学步骤以线性推进为主，不同学习用户的实验数据结果相同，学习用户无法进行自由和开放的操作学习功能，缺乏和实体实验类似的专用实验数据分析软件工具。4、动物实验教学、人体功能实验教学、虚拟仿真实验教学由于各自独立，造成教师对学生的实验考核、实验报告批阅要通过不同的方法模式和工具来完成，增加了老师对不同系统数据审批的复杂度，给实验教学工作人员造成很大的工作量。同时造成学习用户需要通过不同实验系统及不同的实验数据生成实验报告的时间成本增加。
技术实现思路
<br>为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种医学整合式实验教学系统及其实现方法，以解决了目前开展医学机能学动物实验、人体功能测试实验和虚拟仿真实验三种实验系统设备、实验数据平台都是各自独立不兼容的情况。为达上述目的，本专利技术提出一种医学整合式实验教学系统，包括：动物实验硬件，用于利用动物实验传感器实时采集动物实验数据，将其处理后形成动物实验的生物信号至生理信号整合运算平台；人体生理功能测试实验硬件，用于通过人体信号采集设备实时采集人体生理指标，对其处理后形成人体生理功能测试实验的生物信号传送至生理信号整合运算平台生理信号整合运算平台，用于融合接收动物实验硬件和人体生理功能测试实验硬件的生物信号，通过利用不同的驱动整合为相同类型数据接口，分别将所得到的生物信号转换为统一格式数据类型后，将数据发送至实验教学系统；实验教学系统，内置所有动物实验、人体生理功能测试实验以及虚拟仿真实验课程，用于接收实验目标信息以及生理信号整合运算平台传送的实验目标的生理测量数据，根据实验目标的生理测量数据或通过利用人体生理驱动引擎运算模拟的数据结合实验目标的生理测量数据，构建以器官系统为中心的实时动态模拟动画和图形教学内容；系统服务器集群，用于负责实验课程资源的访问响应和均衡加载任务分配，基于人体生理驱动引擎，启动相应计算节点进行计算，并将计算获得的数据实时反馈至实验教学系统，同时，所述系统服务器集群还接收存储上传的各种实验数据。优选地，所述动物实验硬件包括多个动物实验传感器、换能器、AD转换器、硬件滤波器，各动物实验传感器采集动物实验的信号，通过不同类型换能器将数据输入AD转换器进行模数转换，转换后通过硬件滤波器将数据滤波后形成动物实验的生物信号至生理信号整合运算平台。优选地，所述动物实验硬件通过硬件连接所述生理信号整合运算平台。优选地，所述人体生理功能测试实验硬件包括多个人体信号采集设备以及控制单元，各人体信号采集设备采集对应的人体生理功能测试实验信号，通过控制单元处理后传送至生理信号整合运算平台。优选地，所述人体生理功能测试实验硬件无线连接所述生理信号整合运算平台。优选地，所述生理信号整合运算平台包括动物实验驱动模块以及网络驱动模块，当接收到动物实验的生物信号时，所述动物实验驱动模块将实验数据整理为统一格式数据类型后，并将统一格式数据类型的动物实验的生物信号输出给实验教学系统，当接收到人体生理功能测试实验的生物信号，通过所述网络驱动模块转换为统一格式数据类型后，将该统一格式数据类型的人体生理功能测试实验的生物信号发送给所述实验教学系统。优选地，所述系统服务器集群包括：实验平台服务器，负责实验课程资源的存储和管理，当用户登录虚拟仿真实验平台进行实验时，用于负责实验课程资源的访问响应和均衡加载任务分配；人体生理驱动运算服务器，搭载人体生理驱动引擎程序，当所述人体生理驱动引擎接收到请求时，启动相应计算节点进行计算，然后将数据实时反馈至所述实验教学系统；实验数据工作站处理服务器，用于接收上传的各种实验数据。优选地，所述医学整合式实验教学系统还包括：虚拟仿真实验设备端，用于登录虚拟仿真实验平台上的实验课程进行在线学习。优选地，所述医学整合式实验教学系统还包括：实验数据工作站设备端，包括教师端和学生端，所述学生端包含在线考核、数据分析、实验报告生成模块，所述学生端通过身份认证登录实验数据工作站，将动物实验、人体生理功能测试实验和虚拟仿真实验三种实验的实验数据进行下载，针对实验操作项目和实验数据进行比对、分析和标注，根据实验报告的框架格式生成实验报告，所述教师端包含用户管理、实验课程管理与编辑、用户实时监控、成绩统计、实验报告批阅等模块，教师端通过教师身份认证登录，查看所管理的学生端的实验考核成绩、实验报告，以完成相应的批阅和成绩统计工作。为达到上述目的，本专利技术还提供一种医学整合式实验教学系统的实现方法，包括如下步骤：步骤S1，利用生理信号整合运算平台融合接收动物实验硬件和人体生理功能测试实验硬件的生物信号，通过利用不同的驱动整合为相同类型数据接口，分别将所得到的生物信号转换为统一格式数据类型后，将实验数据提供给实验教学系统；步骤S2，实验教学系统于接收到实验目标信息以及生理信号整合运算平台传送的实验目标的生理测量数据后，根据教学内容所需要的指标数据获取从实验目标上未得到的指标数据向系统服务器集群的人体生理驱动引擎发出请求，以获得从实验目标未得到的指标数据；步骤S3，所述实验教学系统根据实验目标的生理测量数据或通过利用人体生理驱动引擎运算得到的指标数据结合实验目标的生理测量数据，构建以器官系统为中心的实时动态模拟动画和图形教学内容。与现有技术相比，本专利技术一种医学整合式实验教学系统及其实现方法能够融合动物实验和人体生理功能测试实验的生理信号整合运算平台，消除动物实验和人体功能测试实验设备不兼容的现状，通过人体生理驱动引擎运算模拟的数据结合动物实验和人体功能测试实验数据，构建新型的以器官系统为中心的实时动态模拟动画和图形教学内容，弥补了在实验过程中看不到生物机体内部变化过程的缺陷，本专利技术还能够支持动物实验、人体生理功能测试实验和虚拟仿真实验三种实验的数据处理和作业在线软件系统，减轻目前教师在实验教学过程中对学生的考核和评价的工作量，也提高实验教学效果和学生学习效率。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医学整合式实验教学系统，包括：/n动物实验硬件，用于利用动物实验传感器实时采集动物实验数据，将其处理后形成动物实验的生物信号至生理信号整合运算平台；/n人体生理功能测试实验硬件，用于通过人体信号采集设备实时采集人体生理指标，对其处理后形成人体生理功能测试实验的生物信号传送至生理信号整合运算平台/n生理信号整合运算平台，用于融合接收动物实验硬件和人体生理功能测试实验硬件的生物信号，通过利用不同的驱动整合为相同类型数据接口，分别将所得到的生物信号转换为统一格式数据类型后，将数据发送至实验教学系统；/n实验教学系统，内置所有动物实验、人体生理功能测试实验以及虚拟仿真实验课程，用于接收实验目标信息以及生理信号整合运算平台传送的实验目标的生理测量数据，根据实验目标的生理测量数据或通过利用人体生理驱动引擎运算模拟的数据结合实验目标的生理测量数据，构建以器官系统为中心的实时动态模拟动画和图形教学内容；/n系统服务器集群，用于负责实验课程资源的访问响应和均衡加载任务分配，基于人体生理驱动引擎，启动相应计算节点进行计算，并将计算获得的数据实时反馈至实验教学系统，同时，所述系统服务器集群还接收存储上传的各种实验数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种医学整合式实验教学系统，包括：
动物实验硬件，用于利用动物实验传感器实时采集动物实验数据，将其处理后形成动物实验的生物信号至生理信号整合运算平台；
人体生理功能测试实验硬件，用于通过人体信号采集设备实时采集人体生理指标，对其处理后形成人体生理功能测试实验的生物信号传送至生理信号整合运算平台
生理信号整合运算平台，用于融合接收动物实验硬件和人体生理功能测试实验硬件的生物信号，通过利用不同的驱动整合为相同类型数据接口，分别将所得到的生物信号转换为统一格式数据类型后，将数据发送至实验教学系统；
实验教学系统，内置所有动物实验、人体生理功能测试实验以及虚拟仿真实验课程，用于接收实验目标信息以及生理信号整合运算平台传送的实验目标的生理测量数据，根据实验目标的生理测量数据或通过利用人体生理驱动引擎运算模拟的数据结合实验目标的生理测量数据，构建以器官系统为中心的实时动态模拟动画和图形教学内容；
系统服务器集群，用于负责实验课程资源的访问响应和均衡加载任务分配，基于人体生理驱动引擎，启动相应计算节点进行计算，并将计算获得的数据实时反馈至实验教学系统，同时，所述系统服务器集群还接收存储上传的各种实验数据。


2.如权利要求1所述的一种医学整合式实验教学系统，其特征在于：所述动物实验硬件包括多个动物实验传感器、换能器、AD转换器、硬件滤波器，各动物实验传感器采集动物实验的信号，通过不同类型换能器将数据输入AD转换器进行模数转换，转换后通过硬件滤波器将数据滤波后形成动物实验的生物信号至生理信号整合运算平台。


3.如权利要求1所述的一种医学整合式实验教学系统，其特征在于：所述动物实验硬件通过硬件连接所述生理信号整合运算平台。


4.如权利要求1所述的一种医学整合式实验教学系统，其特征在于：所述人体生理功能测试实验硬件包括多个人体信号采集设备以及控制单元，各人体信号采集设备采集对应的人体生理功能测试实验信号，通过控制单元处理后传送至生理信号整合运算平台。


5.如权利要求4所述的一种医学整合式实验教学系统，其特征在于：所述人体生理功能测试实验硬件无线连接所述生理信号整合运算平台。


6.如权利要求1所述的一种医学整合式实验教学系统，其特征在于：所述生理信号整合运算平台包括动物实验驱动模块以及网络驱动模块，当接收到动物实验的生物信号时，所述动物实验驱动模块将实验数据整理为统一格式数据类型后，并将统一格式数据类型的动物实验的生物信号输出给实验...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊辉，林茂辉，高兴亚，
申请(专利权)人：上海梦之路数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31