一种实训教学系统及医疗台车技术方案

本发明专利技术涉及一种实训教学系统，包括：气道模型提供模块

【技术实现步骤摘要】
一种实训教学系统及医疗台车


[0001]本专利技术涉及医用教学设备
，尤其涉及一种实训教学系统及医疗台车
。

技术介绍

[0002]实习医生理论知识足够，但缺乏实际动手操作能力，对医疗器械的掌握程度有限，直接在实际患者体内进行练习会有导致患者受到不必要的伤害，风险极大
。
因此在手术实习医生上岗前，需要对其进行培训，使医生实习能够将自身的知识技能转化为实际操作能力，从而胜任成为一名合格的手术医生
。
医学生实操训练以及术前病况熟悉的需求日渐提升，因此需要有一个实训操作系统
/
实训教学系统来满足医生及医学生的需求
。
尤其是针对人体内组织复杂的部位，如肺部支气管，对支气管进行检查或治疗时，需要使用支气管镜，支气管镜是一种经口或鼻置入患者下呼吸道，用于做肺叶
、
肺段及亚段支气管病变的观察
、
活检采样
、
细菌学和细胞学检查，用于支气管
、
肺部疾病研究以及术后检查等操作
。
在人体内部结构中，支气管树的分支结构较为复杂，因此尤其需要进行培训和实操教学
。
[0003]现有技术中有部分用于模拟支气管镜操作训练的装置，这些装置通常是建立实体支气管模型，通过该实体模型提供实物操作训练
。
但是这种装置存在以下不足：由于支气管系统比较复杂，实体模型的制造成本较高；在不替换实体模型的前提下，只能模拟1种形态气道下的操作，无法满足多样化临床训练需求
。
[0004]此外，在实际用内窥镜进行支气管镜检操作过程中，由于内窥镜插入部前端可弯曲部弯曲角度过大等原因，可能会出现内窥镜插入部先端触碰到支气管内壁的情况，会对患者造成一定伤害
。
因此需要对这种情况进行识别，在不依赖实体支气管模型的情况下，如何识别这种情况是模拟支气管镜操作训练中的难点
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种实训教学系统及医疗台车
。
[0006]一种实训教学系统，包括：
[0007]气道模型提供模块，用于提供选定的三维数字气道模型，并在显示器上呈现当前选定的气道模型；
[0008]路径规划模块，用于根据当前选定的气道模型中的目标病灶，生成从气道入口到目标病灶的导航路径，并在当前显示器上呈现的气道模型上显示所述导航路径；
[0009]镜头姿态解算模块，用于根据内窥镜先端的插入长度
、
内窥镜先端的弯曲角度及内窥镜先端的姿态确定镜头在所述当前选定的气道模型所在的三维空间中的当前位姿信息，所述位姿信息包括在所述三维空间中的位置和朝向信息；
[0010]碰撞检测模块，用于基于内窥镜先端的当前位姿信息和三维数字气道模型中气道壁的位置信息确定内窥镜先端与气道壁是否发生碰撞；
[0011]镜头姿态解算模块，还用于结合碰撞检测模块的检测结果确定镜头随内窥镜移动后的位姿信息；
[0012]实时渲染模块，用于根据窥镜先端镜头的当前位姿信息和移动后的位姿信息确定镜头拍摄的画面，并通过显示器实时渲染呈现所述画面
。
[0013]作为优选，所述系统包括：
[0014]CT
重构模块，用于导入
CT
医学图像，根据所述导入的
CT
医学图像进行三维重构得到三维数值气道模型；
[0015]数据库，用于存储预先设置的三维数值气道模型，以及由
CT
重构模块得到的三维数值气道模型
。
[0016]根据权利要求1所述的一种实训教学系统，其特征在于，包括器械置入通道，所述器械置入通道设置有器械置入口作为所述气道入口，内窥镜先端从所述器械置入口插入；器械置入通道内设有用于检测内窥镜先端镜头插入长度的长度检测装置
。
[0017]作为优选，所述器械置入通道设置在人体头部模型上，所述人体头部模型上对应口
、
鼻两处分别设有器械置入口；在所述器械入口处设置激光传感器，所述激光传感器用于识别是否有器械进入器械置入通道，并分辨当前器械从口或鼻处进入
。
[0018]作为优选，所述内窥镜包括手持部，手持部始终位于气道入口外；手持部设有用于检测内窥镜先端弯曲角度的转动检测装置以及用于检测内窥镜姿态的姿态传感器
。
[0019]作为优选，手持部上设有摆臂机构，摆臂机构控制内窥镜前端的弯曲部发生弯曲；所述转动检测装置包括滑动电位器，摆臂机构动作带动滑动电位器同步动作；预先获取滑动电位器返回的电阻值与摆臂机构旋转角度的对应关系，根据当前滑动电位器返回的电阻值确定摆臂机构的旋转角度，进而根据所述旋转角度确定内窥镜先端的弯曲角度
。
[0020]作为优选，所述姿态传感器包括陀螺仪和加速度传感器，所述镜头姿态解算模块根据姿态传感器的检测信号计算内窥镜先端镜头在地理空间坐标系下的姿态角；所述选定的三维数值气道模型同样以地理空间坐标系下的坐标表示其位置信息
。
[0021]作为优选，所述结合碰撞检测模块的检测结果确定镜头随内窥镜移动后的位姿信息，具体包括：
[0022]镜头位置和朝向在三维空间中以向量
V
表示，检测到碰撞后可知碰撞点所在三角面
T
，
V
与
T
的夹角即为镜头与气道壁的碰撞角；碰撞发生后镜头向量
V
会向角度更大的方向旋转，旋转后的角度
V1
即为镜头的前进方向；结合内窥镜先端的插入长度，计算镜头移动后的位置及姿态
。
[0023]作为优选，所述基于内窥镜先端的位姿信息和三维数字气道模型中气道壁的位置信息确定内窥镜先端与气道壁是否发生碰撞，具体包括：
[0024]所述三维数字气道模型和内窥镜先端镜头均使用
3d
网格模型进行表示；
[0025]计算内窥镜先端镜头的朝向
DV
；
[0026]扫描
DV
方向上的气道网格顶点，构建
DV
方向上气道壁顶点矩阵
MA
；
[0027]计算内窥镜先端顶点与
MA
的欧式距离
D
；
[0028]当距离小于或等于0时，即可判定发生碰撞
。
[0029]作为优选，所述系统包括：
[0030]操作评价模块，用于统计一次训练过程中内窥镜先端与气道壁的碰撞次数，并根据所述碰撞次数输出评价结果
。
[0031]一种医疗台车，包括如上任一项所述的一种实训教学系统
。
[0032]实训教学系统提供三维数值气道模型用于训练，不依赖实体气道模型，基于各类传感器信号确定内窥镜的插入路径，并将其与三维数值气道模型进行拟合，实现内窥镜在气道模型中的插入训本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种实训教学系统，其特征在于，包括：气道模型提供模块，用于提供选定的三维数字气道模型，并在显示器上呈现当前选定的气道模型；路径规划模块，用于根据当前选定的气道模型中的目标病灶，生成从气道入口到目标病灶的导航路径，并在当前显示器上呈现的气道模型上显示所述导航路径；镜头姿态解算模块，用于根据内窥镜先端的插入长度
、
内窥镜先端的弯曲角度及内窥镜先端的姿态确定镜头在所述当前选定的气道模型所在的三维空间中的当前位姿信息，所述位姿信息包括在所述三维空间中的位置和朝向信息；碰撞检测模块，用于基于内窥镜先端的当前位姿信息和三维数字气道模型中气道壁的位置信息确定内窥镜先端与气道壁是否发生碰撞；镜头姿态解算模块，还用于结合碰撞检测模块的检测结果确定内窥镜先端移动后的位姿信息；实时渲染模块，用于根据窥镜先端镜头的当前位姿信息和移动后的位姿信息确定镜头拍摄的画面，并通过显示器实时渲染呈现所述画面
。2.
根据权利要求1所述的一种实训教学系统，其特征在于，包括：
CT
重构模块，用于导入
CT
医学图像，根据所述导入的
CT
医学图像进行三维重构得到三维数值气道模型；数据库，用于存储预先设置的三维数值气道模型，以及由
CT
重构模块得到的三维数值气道模型
。3.
根据权利要求1所述的一种实训教学系统，其特征在于，包括器械置入通道，所述器械置入通道设置有器械置入口作为所述气道入口，内窥镜先端从所述器械置入口插入；器械置入通道内设有用于检测内窥镜先端镜头插入长度的长度检测装置
。4.
根据权利要求3所述的一种实训教学系统，其特征在于，所述器械置入通道设置在人体头部模型上，所述人体头部模型上对应口
、
鼻两处分别设有器械置入口；在所述器械入口处设置激光传感器，所述激光传感器用于识别是否有器械进入器械置入通道，并分辨当前器械从口或鼻处进入
。5.
根据权利要求1所述的一种实训教学系统，其特征在于，所述内窥镜包括手持部，手持部始终位于气道入口外；手持部设有用于检测内窥镜先端弯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫东，李文杰，张大伟，于晓宇，李宏博，王桃红，
申请(专利权)人：浙江优亿医疗器械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：