一种教学用新型超声模拟实训装置

技术领域

本发明涉及一种超声模拟实训技术领域，具体是一种教学用新型超声模拟实训装置。

背景技术

超声是影像诊断学体系的四大组成部分之一，又是临床医学专业尤其是医学影像学专业学生必须掌握的基础课程之一。然而在超声教学中，学生的上机操作一直是教学工作中的重点及难点，它不仅要求学生掌握基本的超声理论知识，还要熟练超声操作中的基本手法，但由于超声影像学与CT和核磁不同，除了传统的水平横断面、冠状面及矢状面外，它还产生了大量任意方向的斜切面，医学生需要掌握超声图像、操作手法与解剖，需要大量练习。

公告号为CN109584698A的中国专利文献公开了模拟B超机，该申请虽然能自动检测，但相对教学来说缺乏真实的教学体验感，以及真实的病例，没有模拟超声机及真实大小的模拟人等相关的硬件设备。并且，公告号为CN211555286U的中国专利文献公开了超声诊断虚拟教学系统，该申请模拟人采用的是激励传感器的金属片，也就说只有在有传感器的检测点才能显示超声图像，并且显示器显示的是录制的影像。

因此，医患关系紧张、患者自我保护意识增强，使学生在患者身上扫查练习的机会大大减少，这些因素都使操作教学的难度大大增加，超声教学即是重点也是难点，传统的临床教学方法注重理论学习，动手机会少，致使医学生临床操作技能相对较弱，并且，很多医学院校一直在使用淘汰多年的老旧超声机，这些超声机设备只能用于临床检查，本身不带有任何病例，所以学生们也无法看到各个脏器的典型病例，更无法对常见疾病进行定性诊断和定量测量，严重影响了学生操作技能的掌握和提高，学生们学到的知识也很受限制，如何改变这一现状，提高学生的动手能力，提升临床操作技能水平是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种教学用新型超声模拟实训装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种教学用新型超声模拟实训装置，包括模拟超声机、多功能操作台以及模拟人，所述模拟超声机内置计算机，具有与真实超声机操控方式一致的操作面板、模拟超声探头以及彩色液晶显示器，并且，模拟人一比一仿真真实人体结构，具有与真实人体相近的外观触摸和按压变形触感，且模拟人背部安装有定位槽，定位槽对于多功能操作台具有可互换性。

作为本发明进一步的方案：所述模拟人具有乳头、肚脐体表标记，内置锁骨、肋骨、剑突以及髂骨骨骼，并且采用发泡填充工艺制成。

作为本发明进一步的方案：所述多功能操作台内置空间定位装置，实时捕捉超声探头的位置和姿态角。

作为本发明进一步的方案：所述多功能操作台的台面设置有三角锥形的模拟人固定座，精准稳定的固定模拟人。

作为本发明进一步的方案：所述模拟人固定座上设置有模拟人识别按键，实现模拟人的类型识别。

作为本发明再进一步的方案：所述多功能操作台底部安装有万向轮，万向轮的数量为四个，且其中两个万向轮能够锁死，并且多功能操作台内设置有多个调节台阶。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明解决当前超声模拟教学设备的不足，采用空间定位技术检测模拟超声探头的位置和姿态角，同时提供具有体表标记和内部骨骼的模拟人，学员可以在模拟人上进行超声探察，本发明的模拟超声机可以显示与模拟超声探头实时同步的超声画面，达到与真实临床一致的仿真效果，本发明包含了超声诊断学教材的常见病例和需要做超声检查的器官，可以有效的解决超声临床实训的效果。

附图说明

图1为教学用新型超声模拟实训装置的结构示意图。

图2为教学用新型超声模拟实训装置中空间定位装置的空间定位原理图。

图中：1-模拟超声机、2-多功能操作台、3-模拟人。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，一种教学用新型超声模拟实训装置，包括模拟超声机1、多功能操作台2以及模拟人3，所述模拟超声机1内置计算机装有模拟超声实训系统，具有与真实超声机操控方式一致的操作面板、模拟超声探头以及彩色液晶显示器，并且，模拟人3一比一仿真真实人体结构，具有与真实人体相近的外观触摸和按压变形触感，且模拟人3背部安装有定位槽，定位槽对于多功能操作台2具有可互换性。

需要具体说明的是：模拟超声机1操作完全同真实的超声机，真实超声机有的功能模拟超声机1都有，模拟超声机1包含真实超声机常用功能，如模式选择、图像参数、条件参数、检查模式等，还可用来登录训练、教学和切面测评等，模拟超声机1虚实结合，通过空间定位装置反馈模拟超声探头的姿态角和在模拟人3身上的实时位置，计算机将模拟的超声探头在模拟人的位置及姿态角信息，转换成模拟的超声探头在虚拟的模拟人的位置和姿态角信息，依据模拟超声探头不同的位置和姿态角信息提供出实时超声图像。

并且，模拟超声机1有以下功能：

实现动态显示，实时同步，采用自主研发的空间定位追踪技术，模拟超声机同真实超声机所有的功能按钮及使用探头完全相同，计算机内置虚拟模拟人与操作模拟人完全相同，具有乳头、肚脐体表标记，内置锁骨、肋骨、剑突以及髂骨骨骼人体正常的器官及常见疾病的病例，依据选择不同的病例，计算机通过实时捕捉跟踪、模拟超声探头的空间位置与姿态角，计算扫查到的器官并进行图像处理得到实时的超声图像，在电脑界面显示正在操作的脏器的三维彩色图像及脏器的解说、B超图像、同步显示操作的模拟超声探头在人体的位置及姿态角等，本装置将虚实相结合，即适用教学也完美的演示了真实超声机的操作。

病例多样化，定制扩展，根据真实人体器官绘制三维模型，提供颈部、胸部、腹部等多个部位的正常B超和常见基础疾病的病例，满足临床超声训练对真实临床病例图像的需求，成为培养临床超声医师专科能力和临床思维能力的关键。

超声效果逼真，模拟人体正常组织和疾病在超声下的影像特征，可实时显示模拟超声探头所在位置的脏器的超声图像，具有M型、彩色多普勒、脉冲多普勒、连续多普勒功能及二维、血流动力学测量功能。

解剖结构逼真，具有精准的心脏、腹部及颈部等解剖结构，包括左右心室、左右心房、二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣、肺动脉、肺动脉瓣、腹主动脉、下腔静脉、肝胆胰脾肾、肝静脉、门静脉、胃肠、甲状腺、颈动脉、颈静脉、气管等。

功能参数全面支持超声常用参数调节功能，如增益、深度、测量、体表标记、注释、角度校正、扫描速度、速度标尺、基线等。

实施例二

请参阅图1，一种教学用新型超声模拟实训装置，包括模拟超声机1、多功能操作台2以及模拟人3，所述模拟超声机1内置计算机装有模拟超声实训系统，具有与真实超声机操控方式一致的操作面板、模拟超声探头以及彩色液晶显示器，并且，模拟人3一比一仿真真实人体结构，具有与真实人体相近的外观触摸和按压变形触感，且模拟人3背部安装有定位槽，定位槽对于多功能操作台2具有可互换性。

需要具体说明的是：模拟超声机1操作完全同真实的超声机，真实超声机有的功能模拟超声机1都有，模拟超声机1包含真实超声机常用功能，如模式选择、图像参数、条件参数、检查模式等，还可用来登录训练、教学和切面测评等，模拟超声机1虚实结合，通过空间定位装置反馈模拟超声探头的姿态角和在模拟人3身上的实时位置，计算机将模拟的超声探头在模拟人的位置及姿态角信息，转换成模拟的超声探头在虚拟的模拟人的位置和姿态角信息，依据模拟超声探头不同的位置和姿态角信息提供出实时超声图像。

并且，模拟超声机1有以下功能：

实现动态显示，实时同步，采用自主研发的空间定位追踪技术，模拟超声机同真实超声机所有的功能按钮及使用探头完全相同，计算机内置虚拟模拟人与操作模拟人完全相同，具有乳头、肚脐体表标记，内置锁骨、肋骨、剑突以及髂骨骨骼人体正常的器官及常见疾病的病例，依据选择不同的病例，计算机通过实时捕捉跟踪、模拟超声探头的空间位置与姿态，计算扫查到的器官并进行图像处理得到实时的超声图像，在电脑界面显示正在操作的脏器的三维彩色图像及脏器的解说、B超图像、同步显示操作的模拟超声探头在人体的位置及姿态角等，本装置将虚实相结合，即适用教学也完美的演示了真实超声机的操作。

病例多样化，定制扩展，根据真实人体器官绘制三维模型，提供颈部、胸部、腹部等多个部位的正常B超和常见基础疾病的病例，满足临床超声训练对真实临床病例图像的需求，成为培养临床超声医师专科能力和临床思维能力的关键。

超声效果逼真，模拟人体正常组织和疾病在超声下的影像特征，可实时显示模拟超声探头所在位置的脏器的超声图像，具有M型、彩色多普勒、脉冲多普勒、连续多普勒功能及二维、血流动力学测量功能。

解剖结构逼真，具有精准的心脏、腹部及颈部等解剖结构，包括左右心室、左右心房、二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣、肺动脉、肺动脉瓣、腹主动脉、下腔静脉、肝胆胰脾肾、肝静脉、门静脉、胃肠、甲状腺、颈动脉、颈静脉、气管等。

功能参数全面支持超声常用参数调节功能，如增益、深度、测量、体表标记、注释、角度校正、扫描速度、速度标尺、基线等。

优选的，在本实施例中，所述模拟人3具有乳头、肚脐体表标记，内置锁骨、肋骨、剑突以及髂骨骨骼，并且采用发泡填充工艺制成。

需要具体说明的是：模拟人3外观采用食品级硅胶，符合环保无污染，采用1:1仿真人体躯干模型，逼真的外在解剖标记，具有逼真的触觉特征，可按压凹陷的腹部、可触及的肋骨和胸骨及可按压凹陷的肋间隙，具有临床超声操作所必须的解剖标记等，完美模拟真实临床体验。

模拟人3的制作：通过三维模型打印三维树脂模型，使用树脂模型做玻璃钢模具，再利用玻璃钢模具内刷模拟人的皮肤，合模后将骨架放入胸腔内，开始灌注发泡硅胶，灌注发泡时，充分搅拌后立即倒入装有骨架的玻璃钢模具中，骨架与硅胶皮子之间要充分填充发泡硅胶，不能有缺胶的地方，如果有的话，再次灌注硅胶时应及时补救。灌注硅胶时应适当的控制发泡速度，用工装及时挡住或者按压发泡部位施加部分压力，诱导其发泡的方向，发泡速度过快也容易造成模型收缩过大，模型表面起皱，表层与内部脱离等现象。

模拟人3背部安装有定位槽，定位槽对于多功能操作台2具有可互换性，同一模拟人3可以放置在不同的多功能操作台2，同一多功能操作台2可以放置不同的模拟人3，模拟人3的定位槽内有机械识别装置，放到多功能操作台2上后计算机能识别不同的模拟人3。

模拟人3整体为硅胶和塑料制品，手工操作一体成型，结实、牢固，不能使用任何金属制品，以防影响磁力定位的准确度。

实施例三

请参阅图1-2，一种教学用新型超声模拟实训装置，包括模拟超声机1、多功能操作台2以及模拟人3，所述模拟超声机1内置计算机装有模拟超声实训系统，具有与真实超声机操控方式一致的操作面板、模拟超声探头以及彩色液晶显示器，并且，模拟人3一比一仿真真实人体结构，具有与真实人体相近的外观触摸和按压变形触感，且模拟人3背部安装有定位槽，定位槽对于多功能操作台2具有可互换性。

优选的，在本实施例中，所述模拟人3具有乳头、肚脐体表标记，内置锁骨、肋骨、剑突以及髂骨骨骼，并且采用发泡填充工艺制成。

需要具体说明的是：模拟人3外观采用食品级硅胶，符合环保无污染，采用1:1仿真人体躯干模型，逼真的外在解剖标记，具有逼真的触觉特征，可按压凹陷的腹部、可触及的肋骨和胸骨及可按压凹陷的肋间隙，具有临床超声操作所必须的解剖标记等，完美模拟真实临床体验。

并且，模拟人3的制作：通过三维模型打印三维树脂模型，使用树脂模型做玻璃钢模具，再利用玻璃钢模具内刷模拟人的皮肤，合模后将骨架放入胸腔内，开始灌注发泡硅胶，灌注发泡时，充分搅拌后立即倒入装有骨架的玻璃钢模具中，骨架与硅胶皮子之间要充分填充发泡硅胶，不能有缺胶的地方，如果有的话，再次灌注硅胶时应及时补救。灌注硅胶时应适当的控制发泡速度，用工装及时挡住或者按压发泡部位施加部分压力，诱导其发泡的方向，发泡速度过快也容易造成模型收缩过大，模型表面起皱，表层与内部脱离等现象。

模拟人3背部安装有定位槽，定位槽对于多功能操作台2具有可互换性，同一模拟人3可以放置在不同的多功能操作台2，同一多功能操作台2可以放置不同的模拟人3，模拟人3的定位槽内有机械识别装置，放到多功能操作台2上后计算机能识别不同的模拟人3。

模拟人3整体为硅胶和塑料制品，手工操作一体成型，结实、牢固，不能使用任何金属制品，以防影响空间定位的准确度。

优选的，在本实施例中，所述多功能操作台2内置空间定位装置，实时捕捉超声探头的位置和姿态。在空间定位的范围内需要多功能操作台2上模拟人3的位置及方向固定，拔模斜度为固定值，三角形角度为固定值，三角形角度斜度固定，模拟人3能顺利并固定在多功能操作台2上，并且不同的模拟人3能进行互换。

优选的，在本实施例中，所述多功能操作台2的台面设置有三角锥形的模拟人固定座，精准稳定的固定模拟人。

优选的，在本实施例中，所述模拟人固定座上设置有模拟人识别按键，实现模拟人的类型识别。多功能操作台2能识别不同类型的模拟人3，多功能操作台2上的模拟人识别按键相当于计算机的二进制编码，001、010、011、100、101、110、111，当模拟人3放到多功能操作台2上，通过多功能操作台2上的模拟人识别按键，可识别7个不同类型的模拟人3。

优选的，在本实施例中，所述多功能操作台2底部安装有万向轮，万向轮的数量为四个，且其中两个万向轮能够锁死，便以移动，又能固定，并且多功能操作台内设置有多个调节台阶，依据空间定位发射器不同进行调节，一个多功能操作台2可以适应不同的空间定位发射器。

需要具体说明的是：空间定位装置是采用虚拟现实技术进行教学设备研发和生产的常用装置，空间定位装置价格昂贵，采用空间定位装置的教学设备价格也居高不下，空间定位装置精度受周围环境、金属等磁场影响比较大，一般的操作台受磁场干扰满足不了环境要求。一般的操作台针对性比较强、单一化，每台教学设备操作台内部都需要分别安装固定的空间定位装置，不能安装、调节不同的空间定位装置，不能智能识别多种模拟人，不能满足多种模拟人置换功能，这样不仅浪费了学校宝贵的实验室空间，也降低了昂贵的空间定位装置的使用效率造成空间定位装置浪费。

因此，本发明提供了空间定位装置的多功能操作台2，通过本发明可以将不同的教学模型放置于多功能操作台2之上，从而实现多种教学模型可以共享一套空间定位装置的目的，一个多功能操作台2可放置多种空间定位装置，可以实现多种教学模型的虚拟检测功能。同时从人体工程学对多功能操作台2进行完善，便于操作台安装、移动。所有技术均为自主研发，降低学校采购成本。并且，本发明采用自主研发空间定位系统，定位准确，反应速度快，具有抗干扰能力，预防在同一教室内磁场干扰，影响定位准确度。

需要特别说明的是：本发明解决当前超声模拟教学设备的不足，采用空间定位技术检测模拟超声探头的位置和姿态角，同时提供具有体表标记和内部骨骼的模拟人3，学员可以在模拟人3上进行超声探察，本发明的模拟超声机1可以显示与模拟超声探头实时同步的超声画面，达到与真实临床一致的仿真效果，本发明包含了超声诊断学教材的常见病例和需要做超声检查的器官，可以有效的解决超声临床实训的效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。