一种针灸训练评价系统、方法、计算机设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种针灸训练评价系统、方法、计算机设备及存储介质，涉及智能医疗虚拟仿真技术领域，评价系统包括设置在带有旋转机构的固定平台上的仿真人体模型、模型控制设备以及带有交互显示功能的工控机设备，对应的评价方法包括训练任务建立步骤、数据采集处理步骤和建模还原步骤，本发明专利技术技术方案通过建立的电磁定位的交互和控制系统，达到了极高的实时仿真训练的目的，其评分更具科学化、标准化。标准化。标准化。

【技术实现步骤摘要】
一种针灸训练评价系统、方法、计算机设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及智能医疗虚拟仿真
，确切地说涉及一种针灸训练评价系统、方法、计算机设备及存储介质。

技术介绍

[0002]中医针灸是针法和灸法的合称，其中针法是把毫针刺入患者身体某一穴位，运用捻转与提插等针刺手法来治疗疾病。
[0003]中医针灸作为中国传统医学一门深奥的医术，学习和培养一直以来也都是采用的传统的教学模式，但是对于需要应用实践的针灸技术来说，学习过程中最重要的是在具体实践中纠错和改进，不同与其他门类的应用技术实践，针灸本身还是属于医疗领域，因此，针灸领域本身不具备以实际病患或者人作为学员学习实践对象的可能，中医针灸的教学训练就需要侧重于仿真训练。
[0004]目前针对中医针灸实训的仿真设备领域处于萌芽阶段，现有技术中也已经有许多产品能够满足一定的实训需求，但这些方案是大多是需要在实体人体模型内穴位位置处预埋传感器检测穴位位置，因此在进行针灸实践模拟时只能看到大致位置，无法精细量化针刺角度、深度、位置信息且不能检测旋转、提插等手法的频率方法等导致穴位定位位置固定不能有效评分、针刺练习时手法还原度不高、无法练习针刺时真实手感、针刺练习无法评分、虚实结合中太过“虚拟”等问题。
[0005]现有技术中，如公开号为CN111524433A，公开时间为2020年8月11日，名称为“一种针灸训练系统和方法”的中国专利技术专利申请文献，该专利申请所公开的技术方案涉及混合现实
，通过在实体训练模型内埋设对应的若干穴位传感器；同时创建与实体模型匹配的虚拟模型；使用混合现实辅助组件将虚拟训练模型和实体训练模型在混合现实辅助组件视角上重合，达到针刺训练及在虚拟世界中看到针灸针穿刺过程的目的，该现有技术方案的技术特点在于预埋穴位传感器、依赖于使用混合现实匹配设备将虚实模型结合，但是这种方案对针刺行针时针的位置及方向信息无法获得、针对全身各处皮肤无法进行准确还原定位且涵盖的穴位数量有限、同时由于虚拟模型仅包含了实体模型的轮廓信息，其人体内部的肌肉、脏器、骨骼等组织结构需要根据实体模型的轮廓调整后生成，其组织结构的位置精度不佳。
[0006]再如，现有技术中公开号为CN110481028A，公开时间为2019年11月22日，名称为“一种3D打印医疗仿真人体模型制造的方法”的中国专利技术专利申请文献， 该文献公开的技术方案属于及3D打印医学制造
，包括对人体进行全身MRI、CT扫描，利用医学软件进行人体组织结构三维重建；通过医学人体解剖图进行对比检测，利用Zbrush软件将结构优化并完善设计；3D打印切片软件对模型切片处理，3D打印设备对所有组织结构的模型进行快速成型制造；将成型实物打磨处理，通过化学药剂提高结构强度和韧性；所有打印部件上色及颜色保护处理；利用3D打印技术完成人体肌肉、骨骼、神经、内脏器官、静脉、动脉和皮肤复杂结构的快速成型，浇注透明材料制作出医疗仿真人体模型。但是此种模型仅用于
观察，不能直接用于实际针刺训练。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足、克服现有技术的缺点，提供一种通过匹配虚实两种模型、获取传感器在空间位置、建立评分评价系统来实现点穴、针刺、行针等针灸训练评价目的的针灸训练评价系统及方法。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种针灸训练评价系统，包括模型控制设备、带有交互显示功能的工控机设备、带有传感器设备和信息处理设备的针灸针体，以及通过旋转机构设置在固定平台上的仿真人体模型；还包括通过滑块可滑动设置在滑轨轨道上的磁场发射源，所述滑轨轨道沿所述仿真人体模型布设，所述磁场发射源随滑块在滑轨轨道上移动至仿真人体模型指定的部位并向所在空间中产生一个x、y、z三维的偶极子磁场，需要特别说明的是，这里的x、y、z三个方向是指三维空间的三个方向，并无具体指代；所述传感器设备随针灸针体在仿真人体模型指定的部位进行针灸动作时与所述磁场发射源产生的偶极子磁场产生切割运动，根据法拉第电磁感应原理以及毕奥
‑
萨伐尔定律，由于传感器设备的线圈切割空间磁场、传感器设备的线圈内将产生感应电流，传感器设备将产生的感应电流回传给所述信息处理设备；所述信息处理设备根据所述感应电流计算出的传感器设备线圈中心点与磁场发射源中心原点的相对位置（x，y，z）（即传感器设备和针灸针体在以磁场发射源为中心的三维坐标系中的位置）、传感器设备线圈中心点相对于设定的绝对原点的当前位置（x1，y1，z1）和传感器设备在以磁场发射源为中心点的右手笛卡尔坐标下的角度变化信息（yaw，pitch，roll），其中yaw、pitch、roll分别为偏航角、俯仰角、翻滚角，偏航角即以y轴为中心轴的转动角、俯仰角是以x轴为中心轴的转动角、翻滚角则是以z轴为中心轴的转动角，角度变化信息（yaw，pitch，roll）用于后续建模时模拟还原针灸施针过程中入针的角度，这个相对值可以根据评价需求设定，如当标准针刺时角度信息为（50
°
，60
°
，70
°
），而练习产生的角度为（yaw，pitch，roll）=（55
°
，67
°
，90
°
），通过预设评分规则比较近似程度确定分数。
[0009]所述模型控制设备包括通信模块、信号发生器、同步模块和旋转机构；所述仿真人体模型设置在旋转机构上，旋转机构通过接收所述信号发生器的脉冲信号转动仿真人体模型、切换仿真人体模型体位；所述通信模块用于与所述工控机设备间传输数据和命令；所述信号发生器通过所述通信模块接收工控机设备的控制命令、并通过预先编码的函数生成指定规则的脉冲信号；所述的同步模块，是通过所述通信模块向工控机设备以预定的频次发送所述信息处理设备得到的所述相对位置（x，y，z）、当前位置（x1，y1，z1）和角度变化信息（yaw，pitch，roll）；所述工控机设备根据针灸训练任务生成指令并通过所述信号发生器控制所述旋转机构转动仿真人体模型、切换人体体位，并控制所述滑块带动所述磁场发射源运动至仿真人体模型对应针灸训练任务针灸区域；以及根据所述信息处理设备处理获得的针灸训练任务中产生的相对位置（x，y，z）、当前位置（x1，y1，z1）和角度变化信息（yaw，pitch，roll）、通过3D建模引擎模拟出对应针灸训练任务的可视化交互模型，即：通过工控机选择针灸训练任务的内容，然后系统根据针灸训练任务的内容调整仿真人体模型的体位以及将磁场发
射源运动至对应仿真人体模型将要进行针灸训练的区域并产生磁场，针灸训练任务执行过程中，通过带有传感器设备的针灸针体对仿真人体模型上要进行针灸训练的区域进行针灸动作，传感器设备在磁场中随针灸动作对磁场进行切割运动产生感应电流，而所述信息处理设备则根据感应电流计算出针灸针体在磁场中的位置变化，包括在笛卡尔坐标系中的转动、在以磁场发射源为中心的三维坐标系以及以设定的初始原点为中心的三维坐标系中的运动距离、角度等信息，配合时间戳，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针灸训练评价系统，其特征在于：包括模型控制设备（2）、带有交互显示功能的工控机设备（3）、带有传感器设备（4）和信息处理设备（7）的针灸针体（8），以及通过旋转机构设置在固定平台（5）上的仿真人体模型（1）；还包括通过滑块可滑动设置在滑轨轨道上的磁场发射源，所述滑轨轨道沿所述仿真人体模型（1）布设，所述磁场发射源随滑块在滑轨轨道上移动至仿真人体模型（1）指定的部位并向所在空间中产生一个x、y、z三维的偶极子磁场；所述传感器设备（4）随针灸针体（8）在仿真人体模型（1）指定的部位进行针灸动作时与所述磁场发射源产生的偶极子磁场产生切割运动，传感器设备（4）将产生的感应电流回传给所述信息处理设备（7）；所述信息处理设备（7）根据所述感应电流计算出的传感器设备（4）线圈中心点与磁场发射源中心原点的相对位置（x，y，z）、传感器设备（4）线圈中心点相对于设定的绝对原点的当前位置（x1，y1，z1）和传感器设备（4）在以磁场发射源为中心点的右手笛卡尔坐标下的角度变化信息（yaw，pitch，roll），其中yaw、pitch、roll分别为偏航角、俯仰角、翻滚角；所述模型控制设备（2）包括通信模块、信号发生器、同步模块和旋转机构；所述仿真人体模型（1）设置在旋转机构上，旋转机构通过接收所述信号发生器的脉冲信号转动仿真人体模型（1）、切换仿真人体模型（1）体位；所述通信模块用于与所述工控机设备（3）间传输数据和命令；所述信号发生器通过所述通信模块接收工控机设备（3）的控制命令、并通过预先编码的函数生成指定规则的脉冲信号；所述的同步模块，是通过所述通信模块向工控机设备（3）以预定的频次发送所述信息处理设备（7）得到的所述相对位置（x，y，z）、当前位置（x1，y1，z1）和角度变化信息（yaw，pitch，roll）；所述工控机设备（3）根据针灸训练任务生成指令并通过所述信号发生器控制所述旋转机构转动仿真人体模型（1）、切换人体体位，并控制所述滑块带动所述磁场发射源运动至仿真人体模型（1）对应针灸训练任务针灸区域；以及根据所述信息处理设备（7）处理获得的针灸训练任务中产生的相对位置（x，y，z）、当前位置（x1，y1，z1）和角度变化信息（yaw，pitch，roll）、通过3D建模引擎模拟出对应针灸训练任务的可视化交互模型。2.如权利要求1所述的一种针灸训练评价系统，其特征在于：所述仿真人体模型（1）为中空的模型，所述滑轨轨道在所述仿真人体模型（1）的中空腔体中沿着x、y和/或z三个方向布设，所述磁场发射源通过滑块在滑轨轨道上沿着x、y和/或z方向运动至所述仿真人体模型（1）各个穴位所在区域，并产生一个x、y、z三维的偶极子磁场将所在区域中所述仿真人体模型（1）上所有的穴位覆盖在内。3.如权利要求1或2所述的一种针灸训练评价系统，其特征在于：所述仿真人体模型（1）是通过数字人体模型进行3D打印制造模具、复模、开模、模具组装、分体浇筑、组装二次浇筑而成的与数字人体形体参数高度一致的仿真人体模型（1）。4.如权利要求1所述的一种针灸训练评价系统，其特征在于：所述旋转机构还包括舵机装置以及仿真人体连接装置（6）；所述的舵机装置，通过仿真人体连接装置（6）与仿真人体模型（1）连接，并接收所述信号发生器的脉冲信号驱动仿真人体固定平台（5）带动仿真人体模型（1）旋转固定角度；所述的仿真人体连接装置（6），是将仿真人体模型（1）从头部至脚步的站立的轴向方向与舵机装置的旋转体连接的装置，使舵机旋转时，仿真人体模型（1）同步旋转；所述的固定平台（5），是用于固定放置仿真人体连接装置（6）的平台。
5.如权利要求1或4所述的一种针灸训练评价系统，其特征在于：所述仿真人体模型（1）中还通过所述滑块在所述滑轨轨道上可滑动设置有用于设置所述磁场发射源的固定台，以及带有驱动器并通过同步带驱动滑块带动固定台在滑轨上定向滑动的步进电机，所述步进电机与所述工控机设备（3）间控制相连。6.如权利要求1所述的一种针灸训练评价系统，其特征在于：所述同步模块是以每秒60次的频率、通过所述通信模块向工控机设备（3）以预定的频次发送所述信息处理设备（7）得到的相对位置（x，y，z）、当前位置（x1，y1，z1）和角度变化信息（yaw，pitch，roll）。7.如权利要求4所述的一种针灸训练评价系统，其特征在于：所述旋转机构通过接收所述信号发生器的脉冲信号将仿真人体模型（1）正向或者反向旋转固定角度，如旋转180度，或反转180度。8.如权利要求1所述的一种针灸训练评价系统的评价方法，其特征在于：包括以下步骤：训练任务建立步骤，通过工控机设备（3）选择针灸训练任务，工控机设备（3）根据针灸训练任务的内容，对应生成对模型控制设备（2）的控制指令，通过旋转机构转动仿真人体模型（1）、切换人体体位，并将仿真人体模型（1）中滑块上的磁场发射源运动至仿真人体模型（1）对应针灸训练任务的针灸区域位置，并且仿真人体模型（1）中的信息处理设备（7）将所述磁场发射源将其当前位置信息回传至工控机设备（3）；数据采集处理步骤，训练任务执行过程中，仿真人体模型（1）上被施针位置处的传感器设备（4）与所述训练任务建立步骤调整到位的磁场发射源间相对位置发生相对位移，传感器设备（4）产生的感应电流传输至信息处理设备（7）中，信息处理设备（7）根据感应电流计算出传感器设备（4）线圈中心点与磁场发射源中心原点的相对位置（x，y，z）、传感器设备（4）线圈中心点相对于设定的绝对原点的当前位置（x1，y1，z1）以及传感器设备（4）在以磁场发射源为中心点的右手笛卡尔坐标下的角度变化信息（yaw，pitch，roll），并进一步通过三维坐标系计算得出传感器的线圈中心点在训练任务执行过程中位移的距离、位移速度以及移动过程中传感器的线圈的偏航角、俯仰角、翻滚角转动角度；建模还原步骤，通过3D建模引擎构建包括人体皮肤、组织结构、肌肉、脏器、骨骼以及人体上的穴位点的三维人体模型，并且在三维人体模型上生成一个针刺模型，在所述三维人体模型上对应所述训练任务建立步骤中针灸训练任务的针灸区域位置上，以所述数据采集处理步骤中计算得出传感器的线圈中心点在训练任务执行过程中位移的距离、相对运动角度以及位移速度，以及传感器设备（4）的在每个周期中的偏航角、俯仰角、翻滚角转动角度，做为针刺模型刺入三维人体模型的入刺角度、入刺速度、入刺深度和入刺过程中针刺模型转动角度，通过三维人体模型复现训练任务执行过程中的施针过程。9.如权利要求8所述的一种针灸训练评价系统的评价方法，其特征在于：所述训练任务建立步骤中，将仿真人体模型（1）中滑块上的磁场发射源运动至仿真人体模型（1）对应针灸训练任务的针灸区域位置，具体的，工控机设备（3）计算磁场发射源当前位置与针灸区域位置间的x、y、z三个方向的坐标距离，并对应生成对磁场发射源的移动指令，控制磁场发射源随滑块在仿真人体模型（1）中的滑轨轨道沿x、y和/或z的方向移动相应的距离，并将磁场发射源移动后的实际位置信息反馈至工控机设备（3）。10.如权利要求8或9所述的一种针灸训练评价系统的评价方法，其特征在于：定义一个
绝对原点A（0，0，0），则假设所述训练任务建立步骤中磁场发射源的初始位置为B（0，0，0），即在绝对原点上，而针灸区域位置的传感器位置为C0（x0，y0，z0），设磁场发射源运动至仿真人体模型（1）对应针灸训练任务的针灸区域位置是分别沿x、y和...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，梁繁荣，赵凌，孙铭声，祝斌林，
申请(专利权)人：成都智数医联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：