气管插管模拟训练方法及系统与流程

1.本发明涉及手术模拟训练技术领域，具体涉及气管插管模拟训练方法及系统。

背景技术：

2.在医疗呼吸急救领域，气管插管手段是保持呼吸畅通，从而进行呼吸管理的有效方法，同时也是麻醉以及急救抢救的重要措施，其作用主要在于确保呼吸通畅以防止细胞坏死。为了保证患者呼吸通畅，需要及时吸出气管内的痰液或血液等阻碍物，以防二氧化碳积蓄，现在一般采用气管插管的手段消除上述问题，由于气管插管手术的重要性，从而使得对医护人员的操作水平要求较高，现在临床操作一般采用盲探插管术方式，该类技术操作成功与否完全取决于操作医护人员经验，在实际医学训练中也多有不便，缺乏有效的插管训练方式，因此，现在急需一种利用虚拟现实技术和混合现实技术进行气管插管模拟训练的方法及其系统，已解决现有气管插管训练方式效果不好，从而适应多种气管插管训练场景需要，提供训练者沉浸式体验，为其进入真实的临床手术打下坚实基础。
3.中国发明专利(cn102254476a)公开了一种内窥镜微创手术模拟训练方法，包括下述步骤：(一)内窥镜微创手术医学模型构建及编辑；(二)利用基础算法构建系统基础组件库；(三)利用系统基础组件库构建核心算法，实现3d平台系统核心功能；(四)构建医学模型描述语言；(五)调用医学模型，构建医学场景，模拟内窥镜微创手术各种动作；(六)利用操作台驱动虚拟环境中的内窥镜微创手术器械，模拟各种操作，通过数据接收和处理反馈信号驱动操作台的操作杆输出反馈力，实现力反馈和虚拟触觉，使模拟训练更加逼真。同时提供一种内窥镜微创手术模拟训练系统。可见该发明用于提供力反馈及虚拟触觉效果。
4.中国发明专利(cn108550310a)公开了一种基于虚拟现实技术的心肺复苏模拟训练方法及系统，其方法包括按压心肺复苏模型，并采集心肺按压参数信息；根据所述心肺按压参数信息的变化趋势生成复苏特征信息；根据所述复苏特征信息生成对应的心肺影像动画，并进行投影显示,完成模拟心肺复苏。可见，该基于虚拟现实技术的心肺复苏模拟训练方法，用于实现模拟显示心肺复苏的状态和进程直观化、可视化。

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供气管插管模拟训练方法及系统。
6.本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明公开了气管插管模拟训练方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、启动设备并登录个人中心模块，并以相应角身份的账户信息登录； s2、进入系统首页，选择理论测试模块或技能操作模块开始训练； s3、训练结束，得到理论测试成绩或通过智能分析查看相应模式下的技能操作成绩。
7.进一步，所述步骤s1包括根据自身角预先注册个人信息的步骤，所述个人中心模块包括个人信息单元、历史成绩单元、智能分析单元和用户管理单元，所述用户管理单元包括身份赋权功能。
8.进一步，所述步骤s2选择理论测试模块包括术前术后理论答题的过程；选择技能操作模块包括从病例数据库中调取气管插管手术预存3d场景交互动画模型的过程。
9.进一步，所述步骤s2选择技能操作模块包括预先进行模式选择的过程，包括教学模式、训练模式和考核模式，所述教学模式包括步骤跳转控制功能、语音文字提示功能、动画播放教学功能和自动纠错功能；所述训练模式包括语音文字提示功能、交互操作功能、训练成绩及得分明细记录功能、回放功能、步骤顺序控制功能和自动纠错功能；考核模式包括步骤顺序控制功能、交互操作功能、考核成绩及得分明细记录功能和回放功能。
10.进一步，所述技能操作模块训练的预存3d场景交互动画模型的操作演示顺序包括如下界面步骤：问诊沟通、气道评估、知情同意、信息核对、器械选择、器械检查、口腔清洁、体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气、导管确认和导管固定。
11.进一步，所述体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气界面步骤中包括与仿真模拟人配合操作并通过传感器将操作动作进行实时同步反馈显示而实现混合现实的过程。
12.进一步，所述体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气界面步骤中包括用于动作在先提示和动作结果提示的指导纠正模块。
13.进一步，所述问诊沟通界面步骤包括通过点击可选对话列表进行模拟问诊的过程，所述气道评估界面步骤包括通过点击张口度检查按钮、咽部结构分级按钮、颈部活动按钮和甲颏间距按钮进行评估的过程。
14.进一步，所述器械选择界面步骤包括通过点击模拟器械而进行器械和型号选择的过程，模拟器械包括呼吸囊、纱布、导管、导丝、喉镜、润滑剂、注射器、胶带、牙垫，所述器械检查界面步骤通过点击和拖动的方式实现检查过程。
15.本发明还公开了一种实现上述方法的气管插管模拟训练系统，包括高清触屏显示器、仿真模拟人、可移动操作台和交互器械，所述交互器械包括呼吸球囊、喉镜装置、导丝导管组件和信号注射器，仿真模拟人安装在可移动操作台的上部，高清触屏显示器安装在可移动操作台后侧，所述可移动操作台侧部设有置物箱，置物箱用于收纳交互器械，所述交互器械用于通过传感器将真实操作信息同步到高清触屏显示器所显示的3d场景交互动画模型中。
16.本发明与现有技术相比具有以下优点：
17.(1)本发明采用虚实结合的方式进行实时反馈，仿真模拟人和高清触屏显示器中的虚拟sp病人可以实时联动，利用先进的计算机虚拟现实和增强现实技术、结合真实气管插管模拟人组成的虚实结合的交互式经口气管插管培训系统，对仿真模拟人的操作通过实时传感数据捕捉展示在三维虚拟场景中，同时根据操作效果，三维场景中的虚拟sp病人会做出相应反应；
18.(2)本发明支持触屏交互和vr交互操作训练，三维虚拟场景中手术操作过程可通过触控显示屏和vr眼镜视角全程展现，既可以触屏多指操作训练，又可以带上vr头盔沉浸式体验虚拟场景，并可通过vr手柄去选取和操作器械工具完成训练；
19.(3)本发明支持混合现实mr模拟训练，对仿真模拟人可以使用mr辅助进行气管插管训练，实时查看模拟人内部器官的插管状态，可判断导管位置，包括是否通过声门进入主支气管、插入错误进入食管等判断过程；
20.(4)本发明模拟手术全过程量化评估模型，系统会全过程跟踪记录训练者的操作，从而智能分析给出得分，并给出每个步骤的丢分详情，动态手术评价(手术各环节评价、手术效果评价、手术效率评价)及反馈模型的建立；根据历史成绩进行智能数据分析，形成趋势图、能量图等图表数据，给老师教学提供针数据上的直观量化评估，使老师教学更有针对性，从而提高效率；
21.(5)本发明硬件设计巧妙：可移动操作平台包含内置式用物器械柜，统一方便归纳用物器械且高清触摸显示器可上下左右旋转，自由调节高度。
附图说明
22.图1是本发明的物理结构示意图；
23.图2是本发明整体结构原理示意图；
24.图3是本发明技能操作模块的3d场景交互动画模型的操作演示界面顺序简图；
具体实施方式
25.如图1-3所示，本发明公开了气管插管模拟训练方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、启动设备并登录个人中心模块，并以相应角身份的账户信息登录，该步骤还包括根据自身角预先注册个人信息的步骤，所述个人中心模块包括个人信息单元、历史成绩单元、智能分析单元和用户管理单元，所述用户管理单元包括身份赋权功能；s2、进入系统首页，选择理论测试模块或技能操作模块开始训练，选择理论测试模块包括术前术后理论答题的过程；选择技能操作模块包括从病例数据库中调取气管插管手术预存3d场景交互动画模型的过程；s3、训练结束，得到理论测试成绩或通过智能分析查看相应模式下的技能操作成绩。
26.上述步骤s2选择技能操作模块包括预先进行模式选择的过程，包括教学模式、训练模式和考核模式，所述教学模式包括步骤跳转控制功能、语音文字提示功能、动画播放教学功能和自动纠错功能；所述训练模式包括语音文字提示功能、交互操作功能、训练成绩及得分明细记录功能、回放功能、步骤顺序控制功能和自动纠错功能；考核模式包括步骤顺序控制功能、交互操作功能、考核成绩及得分明细记录功能和回放功能。具体地，技能操作模块训练的预存3d场景交互动画模型的操作演示顺序包括如下界面步骤：问诊沟通、气道评估、知情同意、信息核对、器械选择、器械检查、口腔清洁、体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气、导管确认和导管固定。具体地，本技术的功能操作特点包括以下几个方面：1、系统可以按照临床气管插管操作的全流程学习问诊沟通、气道评估、知情同意、信息核对、器械选择、器械检查、口腔清洁、体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气、导管确认等详细操作，全程智能纠错，智能引导训练者能够熟练掌握整个流程。2、系统内置多个宝贵的真实一线临床病例，训练者根据操作的适应症选择合适的病例进行操作，对有禁忌症的患者提示具体的禁忌症内容。3、系统可指导训练者完成准备工作，包括核对病人基本信息，向病人和家属说明操作目的，签署知情同意书。4、插管手术操作前，需对病人进行气道评估，通过张口度检查、咽部结构分级、颈部活动、甲颏间距情况进行评估，判断该病人是否困难气道，系统会以文字、语音的方式对操作结果做出反馈。5、系统三维展示手术中的各种临床用物，并选择需要的器械，同时，正确检查组装所需用物。让学生对临床用物有
生动的认识，帮助学生理解和记忆气管插管需要的用物。6、模拟人可调整体位，学生可使用仰头抬颏法、提下颌法进行体位摆放、开放气道，是否开放气道，系统能识别检测。7、插管前，予面罩加压给氧，系统会检测给氧频率、氧流量、给氧时间，当上述数值偏离正常范围时，给予提示。8、模拟人具有明显的体表标志和精细的口咽喉解剖结构，声门暴露步骤中，系统可根据学员操作，在系统界面上显示对应的虚拟喉镜在模拟人咽喉部所处的位置。9、系统在提起喉镜暴露声门时，学生正确提起喉镜时，系统会做出反馈出现喉镜上提，声门充分暴露效果。10、气管导管置入步骤中，系统可判断导管位置，包括是否通过声门进入主支气管、插入错误进入食管。11、套囊充气固定气管导管，系统判断套囊充气量，对于充气过多或过少，系统会给予提示。12、使用听诊法判断气管导管位置，分别于双肺、胃部听诊，通过是否闻及呼吸音和气过水声进行判断。13、选择正确的胶布黏贴方式进行气管导管固定。
27.所述体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气界面步骤中包括与仿真模拟人a2配合操作并通过传感器将操作动作进行实时同步反馈显示而实现混合现实的过程。所述体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气界面步骤中包括用于动作在先提示和动作结果提示的指导纠正模块。所述问诊沟通界面步骤包括通过点击可选对话列表进行模拟问诊的过程，所述气道评估界面步骤包括通过点击张口度检查按钮、咽部结构分级按钮、颈部活动按钮和甲颏间距按钮进行评估的过程。所述器械选择界面步骤包括通过点击模拟器械而进行器械和型号选择的过程，模拟器械包括呼吸囊、纱布、导管、导丝、喉镜、润滑剂、注射器、胶带、牙垫，所述器械检查界面步骤通过点击和拖动的方式实现检查过程。
28.本发明还公开了一种实现上述方法的气管插管模拟训练系统，包括高清触屏显示器a1、仿真模拟人a2、可移动操作台a3和交互器械，所述交互器械包括呼吸球囊、喉镜装置、导丝导管组件和信号注射器，仿真模拟人a2安装在可移动操作台a3的上部，高清触屏显示器a1安装在可移动操作台a3后侧，所述可移动操作台a3侧部设有置物箱a4，置物箱a4用于收纳交互器械，所述交互器械用于通过传感器将真实操作信息同步到高清触屏显示器a1所显示的 3d场景交互动画模型中。
29.本发明气管插管模拟训练系统是一种先进的、虚实结合交互式经口气管插管培训系统，可模拟问诊室、手术室等临床操作三维环境，完整再现真实气管插管的全流程，并通过虚拟3d解剖模型辅助、操作实时显示反馈、智能文字语音引导等方式，提供训练者的沉浸式体验。同时和传统教学一样，可在仿真模型上进行操作，在操作过程中实时反馈指导，帮助提高训练者的实操技能，为其进入真实的临床手术打下坚实基础。
30.本发明产品的特点包括以下四个方面：1、系统支持教学、训练和考核三种操作模式。教学模式适用于日常演示和教学，支持智能纠错、智能提示。训练模式适用于学生的日常训练，支持智能纠错、智能提示和成绩记录，学生训练数据可记录回放。考核模式是适用于考试的无任何纠错和提示的模式。管理者可以根据不同的应用环境，选择不同的操作模式；2、训练和考核模式下，系统可对操作进行全程跟踪和记录操作情况，支持录像回放，在教学模式和训练模式下还支持进行自动化纠错，以语音、界面文字、图示和虚拟病人反馈的方式指导操作者进行按正确的操作手法完成练习；3、系统采用3d场景交互方式，触屏操作，沉浸式体验，虚实结合操作实时反馈，虚实同步反馈，对仿真模拟人a2的操作，实时反馈在三维场景虚拟人身上；4、用户操作数据全程记录，实时评分，在训练结束后，自动给出成绩
报告，并得出成绩详情；5、产品与丰富、真实的一线病例相结合，操作者可根据训练需要，自由选择病例进行训练操作。系统可生动的模拟气管插管程中容易常见的错误和并发症；6、系统内置气管插管题库，可用于术前、术后理论答题。
31.本发明所具有教学管理功能包括如下几个方面：1、系统教学管理包含个人信息、历史成绩、智能分析、用户管理模块。2、系统中共有四种角，分别是游客、学生、导师和管理员。游客可以查看历史成绩。学生可以查看个人信息、历史成绩和智能分析，导师可以查看个人信息、历史成绩、智能分析和用户管理，管理员拥有导师全部权限及管理导师用户角。3、历史成绩包含所有历史操作成绩，可以根据模块类型、模式、专业、班级、姓名和学号等条件筛选、检索所需的手术成绩记录。4、智能分析可以对每个学员的成绩数据进行分析，进行概览统计分析包括操作使用统计分析、用时结构分布、成绩区段人次分布，进行技能分析包括训练考核成绩趋势图、技能分析雷达图、操作步骤得分情况图，可以通过专业、班级和统计次数进行筛选分析成绩数据。5、用户管理，管理员和导师可以进行学员新增、删除、编辑、导入和导出等操作。
32.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.气管插管模拟训练方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、启动设备并登录个人中心模块，并以相应角身份的账户信息登录；s2、进入系统首页，选择理论测试模块或技能操作模块开始训练；s3、训练结束，得到理论测试成绩或通过智能分析查看相应模式下的技能操作成绩。2.根据权利要求1所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述步骤s1包括根据自身角预先注册个人信息的步骤，所述个人中心模块包括个人信息单元、历史成绩单元、智能分析单元和用户管理单元，所述用户管理单元包括身份赋权功能。3.根据权利要求1所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述步骤s2选择理论测试模块包括术前术后理论答题的过程；选择技能操作模块包括从病例数据库中调取气管插管手术预存3d场景交互动画模型的过程。4.根据权利要求3所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述步骤s2选择技能操作模块包括预先进行模式选择的过程，包括教学模式、训练模式和考核模式，所述教学模式包括步骤跳转控制功能、语音文字提示功能、动画播放教学功能和自动纠错功能；所述训练模式包括语音文字提示功能、交互操作功能、训练成绩及得分明细记录功能、回放功能、步骤顺序控制功能和自动纠错功能；考核模式包括步骤顺序控制功能、交互操作功能、考核成绩及得分明细记录功能和回放功能。5.根据权利要求3所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述技能操作模块训练的预存3d场景交互动画模型的操作演示顺序包括如下界面步骤：问诊沟通、气道评估、知情同意、信息核对、器械选择、器械检查、口腔清洁、体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气、导管确认和导管固定。6.根据权利要求4所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气界面步骤中包括与仿真模拟人配合操作并通过传感器将操作动作进行实时同步反馈显示而实现混合现实的过程。7.根据权利要求6所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述体位调整、加压给氧、声门暴露、导管置入、套囊注气界面步骤中包括用于动作在先提示和动作结果提示的指导纠正模块。8.根据权利要求5所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述问诊沟通界面步骤包括通过点击可选对话列表进行模拟问诊的过程，所述气道评估界面步骤包括通过点击张口度检查按钮、咽部结构分级按钮、颈部活动按钮和甲颏间距按钮进行评估的过程。9.根据权利要求5所述的气管插管模拟训练方法，其特征在于：所述器械选择界面步骤包括通过点击模拟器械而进行器械和型号选择的过程，模拟器械包括呼吸囊、纱布、导管、导丝、喉镜、润滑剂、注射器、胶带、牙垫，所述器械检查界面步骤通过点击和拖动的方式实现检查过程。10.一种实现权利要求1-9任一项所述方法的气管插管模拟训练系统，其特征在于：包括高清触屏显示器a1、仿真模拟人a2、可移动操作台a3和交互器械，所述交互器械包括呼吸球囊、喉镜装置、导丝导管组件和信号注射器，仿真模拟人安装在可移动操作台的上部，高清触屏显示器安装在可移动操作台后侧，所述可移动操作台侧部设有置物箱a4，置物箱用于收纳交互器械，所述交互器械用于通过传感器将真实操作信息同步到高清触屏显示器所显示的3d场景交互动画模型中。

技术总结

本发明涉及手术模拟训练技术领域，具体涉及气管插管模拟训练方法及系统，S1、启动设备并登录个人中心模块，并以相应角身份的账户信息登录；S2、进入系统首页，选择理论测试模块或技能操作模块开始训练；S3、训练结束，得到理论测试成绩或通过智能分析查看相应模式下的技能操作成绩。本发明采用虚实结合的方式进行实时反馈，仿真模拟人和高清触屏显示器中的虚拟SP病人可以实时联动，利用先进的计算机虚拟现实和增强现实技术、结合真实气管插管模拟人组成的虚实结合的交互式经口气管插管培训系统。统。统。