一种基于混合现实技术的助产模拟系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于混合现实技术的助产模拟系统，包括用于显示胎儿的三维模型以及传输数据的模拟助产操作的混合现实设备和孕妇腹部模型其特征在于，还包括：孕妇腹部模型包括孕妇腔体和胎儿模型，胎儿模型位于孕妇腔体内部并基于传感模块定位出胎儿模型的体态特征于建模模块进行几何三维模型建模；其中，几何三维模型响应于使用者的助产操作进行微动和/或体态特征的改变并实时响应于孕妇腹部模型以同步改变胎儿模型，几何三维模型通过混合现实设备显示于使用者眼前。本发明专利技术基于混合现实技术进行模拟助产教学，相较于传统的通过理论知识进行的教学方式，更具有实践意义，临床的多次操作使得教学变简单，同时实时的指导使得实践操作能力提升迅速。得实践操作能力提升迅速。得实践操作能力提升迅速。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合现实技术的助产模拟系统及其方法


[0001]本专利技术涉及混合现实
，尤其涉及一种基于混合现实技术的助产模拟系统及其方法。

技术介绍

[0002]助产学是临床护理本科的重要学科，其操作性强，内容抽象，学生短时间内难以理解及掌握。近年来由于学生人数增多、教学医院数量有限及医学伦理的制约，使临床实践教学资源相对紧缺，难以满足学生在实践过程中多次、完整地学习各项临床技能操作。而混合现实(MR，Mixed Reality)技术日益成熟，具有沉浸性、交互性、想象性、多感知性等属性，不受“时”与“空”的限制，有助于加强学生对理论知识的理解与掌握，有助于学生在虚实结合的情境下进行各项助产操作，并使学生在进入临床之前已经基本掌握必备的操作技能，熟悉操作流程和团队协作，有助于OBE为导向的助产人才培养。因此，将混合现实技术应用到助产学实践教学中，是优化助产实践教学的重要举措。
[0003]中国专利CN106781798A公开了一种基于VR技术的胎儿四步触诊模拟系统及方法。该系统包括触诊模拟人体装置、控制及传感单元、上位机、VR虚拟头盔；所述触诊模拟人体装置包括触诊平台、设置于触诊平台上的仿孕妇上半身外形的壳体、覆盖于壳体腹部上的人造仿真腹部皮肤；所述壳体腹部内腔中设置有模拟胎儿平台及设置于该模拟胎儿平台上的模拟子宫，该模拟子宫内设置有模拟胎儿，并填充有液体以充当羊水；所述触诊平台上位于壳体腹部部位对应位置设置有舵机，该舵机通过与其输出轴连接的舵机转台带动模拟胎儿平台水平旋转，进而调整模拟子宫内的模拟胎儿头部方向；所述控制及传感单元包括控制器及与该控制器连接的距离传感器、手势传感器。该专利通过高仿真的虚拟四步触诊的模拟，实现了操作模拟人员直观的四步触诊体验、训练，对于医学生及相应护理人员的四步触诊培训，具有极大的应用价值。
[0004]该专利的缺陷在于：第一，采用了VR虚拟现实技术。虽然VR虚拟现实技术发展迅速，具有较强的沉浸感，但当前科技技术的局限性决定了VR虚拟现实技术的上限，其有着多感知性和交互性的同时，带来了回报稳定性以及视觉体验的降低。无法保证4K以上分辨率的流畅运行导致给使用者大脑带来严重不适，例如眩晕、呕吐等，VR技术无法成为主流、无法“骗过”使用者大脑以及不适感是否对使用者身体造成伤害势必影响VR技术的发展和应用；第二，该专利主要架构并不是VR技术，而是模拟胎儿，VR价值体现较少，仅用于查看具体操作，若单独使用模拟胎儿同样能够达到其技术效果。第三，填充液体导致该模拟胎儿的维护成本高，无法避免材料的损耗以及自动化给出相应评定标准，实用性较低，成本高，并且其体位只能体位调节范围小，无法全面模拟胎儿相关的所有体位。
[0005]中国专利CN106991887A公开了一种四步触诊法教学用仿真胎儿及仿真孕妇，属于医疗教学领域，该仿真胎儿包括胎儿模型，还包括驱动胎儿模型水平转动的水平转动装置和驱动胎儿模型纵向翻转的纵向翻转装置及对胎儿模型进行支撑的支撑装置，胎儿模型通过翻转装置转动地设置在所述支撑装置的顶部，该仿真孕妇，在所述仿真孕妇的腹部下方
子宫口处设置有仿真骶骨，胎儿模型通过仿真骶骨设置在模拟孕妇的腹部内，通过水平转动装置来驱动仿真胎儿进行水平旋转，通过纵向翻转装置实与胎儿的俯仰翻转，因此可据实训的具体需要将胎儿转动到任意位置进行四步触诊教学，提高教学的质量。
[0006]该专利的缺陷在于，仅通过实体胎儿无法给予使用者实际操作的提升，使用者无法通过混合现实技术进行透视、标准手查看以及自动化评分等多种功能的实现，无法避免材料的损耗，成本高的同时，其内部结构复杂，导致其使用寿命不高，并且无法全面仿真出助产过程中的所有情况，重复使用的时间成本高等多种问题，不具有广泛使用的可能。
[0007]中国专利CN106991887A公开了交互式触感反馈的临床触诊及胎心听诊教学系统与方法，包括3D模型处理模块、显示模块、题库管理模块、教学模块、考核模块、控制模块以及系统设置模块；该专利使用方便，教学过程生动形象，使得学生在学习时可以通过观察、触摸等多种方式进行学习，相比于传统的教学方式，学生通过实操可以学到相应的操作技能，大幅度提高四部触诊及胎心听诊的教学效果，而且学生练习后可以进行学习内容的考核，在考核时回答相应知识点、并根据回答的正确与否记录学生成绩并评分，以此提高学生对知识的掌握。
[0008]该专利的缺陷在于，其着重点在教学方面，比如题库管理、试卷考核以及成绩管理等等，理论知识较多，实际上不通过该系统依然能够进行以上教学，并没有针对空间想象能力和实践操作能力进行提升。其包括的交互式触感反馈较为简单，仅为简单的位置判断和声音判断并进行选择，对于需要视、听、触觉的同步综合训练的助产模拟系统来说，是不具有较高应用价值的。
[0009]本专利技术基于MR混合现实技术，将虚实结合用于教学中，使视、听、触觉能够综合运用、同步训练，使用者可以触摸到“真实”胎儿的位置，并通过自己的双眼从混合现实头盔上看到虚拟影像在实物的投射，看到相对应情况的胎儿在触诊模型子宫内胎儿的实际姿态，胎心搏动，胎盘位置，脐带及羊水情况。同时，未佩戴头盔的其他人可以通过显示屏看到，由混合现实设备上的第一或第三人称的混合了虚拟影像和实物的投影，除了看到胎儿在母体的位置，胎心、胎盘、羊水和脐带虚拟影像，甚至血流，还能看到操作者的动作。将四部触诊实物模型可视化，视觉和触觉相结合，通过反复练习，不但掌握四部触诊的规范操作，通过可视化的触觉很快做出判断。
[0010]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0011]针对现有技术之不足，本专利技术的技术方案是提供一种基于混合现实技术的助产模拟系统，包括用于显示胎儿的三维模型以及传输数据的模拟助产操作的混合现实设备，其特征在于，还包括：孕妇腹部模型，所述孕妇腹部模型包括孕妇腔体和胎儿模型，所述胎儿模型位于所述孕妇腔体内部并基于所述传感模块定位出所述胎儿模型的体态特征于所述建模模块进行几何三维模型建模；其中，本专利技术基于混合现实技术进行模拟助产教学，相较于传统的通过理论知识进行的教学方式，更具有实践意义，临床的多次操作使得教学变简
单，同时实时的指导使得实践操作能力提升迅速。并且胎儿模型能够在孕妇腔体中在转动机构作用下改变其体态特征以符合现实可能出现的多种情况。
[0012]根据一种优选的实施方式，所述系统设有传感模块用于对胎儿姿态进行定位，所述传感模块于所述胎儿模型的头部、臀部和背部分别设有定位传感器并将数据传输至所述建模模块基于胎儿模型体态进行建模，所述传感模块于所述转动机构还设有角度传感器，基于所述胎儿模型的水平转动角度以及水平旋转角度确认所述胎儿模型的体态并将数据与定位传感器检测数据进行校对。通过孕妇腹部模型与混合现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合现实技术的助产模拟系统，包括用于显示胎儿的三维模型以及传输数据的模拟助产操作的混合现实设备和孕妇腹部模型其特征在于，还包括：所述孕妇腹部模型包括孕妇腔体和胎儿模型，所述胎儿模型位于所述孕妇腔体内部并基于传感模块定位出所述胎儿模型的体态特征于建模模块进行几何三维模型建模；其中，所述几何三维模型响应于使用者的助产操作进行微动和/或体态特征的改变并实时响应于所述孕妇腹部模型以同步改变所述胎儿模型，所述几何三维模型通过所述混合现实设备显示于使用者眼前。2.如权利要求1所述的基于混合现实技术的助产模拟系统，其特征在于，所述系统设有传感模块用于对胎儿姿态进行定位，所述传感模块于所述胎儿模型的头部、臀部和背部分别设有定位传感器并将数据传输至所述建模模块基于胎儿模型体态进行建模，所述传感模块于所述转动机构还设有角度传感器，基于所述胎儿模型的水平转动角度以及水平旋转角度确认所述胎儿模型的体态并将数据与定位传感器检测数据进行校对。3.如权利要求2所述的基于混合现实技术的助产模拟系统，其特征在于，所述孕妇腔体内设有用于调整所述胎儿模型体态特征的转动机构，所述转动机构基于调整所述胎儿模型的水平转动角度以及水平旋转角度以调整体态特征，所述转动机构包括轴支撑装置、旋转装置和转动平台，其中，所述轴支撑装置设置于所述胎儿模型内部并从所述胎儿模型的头部贯穿至臀部以支撑所述胎儿模型，所述旋转装置竖向设置并其竖向上端与所述轴支撑装置连接，其连接处位于所述胎儿模型的颈部以使得所述轴支撑装置能够带动所述胎儿模型以自身为轴线进行旋转，所述转动平台连接于所述旋转装置的竖向下端并带动所述旋转装置以所述转动平台中心为转动点进行转动，所述旋转装置和转动平台于所述角度传感器连接以传输所述胎儿模型的水平转动角度以及水平旋转角度。4.如权利要求3所述的基于混合现实技术的助产模拟系统，其特征在于，所述旋转装置与轴支撑装置位于胎儿模型的颈部位置连接，胎儿模型的头部与其余部分分离以使得胎儿模型能够以颈部为转动点在所述旋转装置带动下进行旋转，所述旋转装置包括外壳、蜗轮、蜗杆以及电机，其中外壳与轴支撑装置旋转连接，使得胎儿模型能够以外壳为转动点进行旋转，所述转动平台由伺服电机、伺服驱动器和平台构成，所述伺服驱动器精准控制所述伺服电机跟随所需要的胎儿模型体征控制量进行转动调控，从而实现对平台转动的调控，伺服驱动器发出控制信号前，伺服电机静止不动；伺服驱动器发出控制信号时，伺服电机立即转动；伺服驱动器停止发出控制信号时，伺服电机即刻停转。5.如权利要求4所述的基于混合现实技术的助产模拟系统，其特征在于，所述系统还包括：建模模块，用于对胎儿几何三维模型进行建模；反馈模块，用于使用力反馈装置进...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖倩，郭黎，谢征，张明娜，
申请(专利权)人：首都医科大学，
类型：发明
国别省市：