基于動作捕捉的叩診訓練系統技術方案

本發明專利技術涉及一種基于動作捕捉的叩診訓練系統，包括叩診模擬對象、數字化3D模型處理系統和光學動作捕捉系統，數字化3D模型處理系統包括數字化3D建模單元、模型病例匹配單元和數據庫，光學動作捕捉系統包括采集單元和數字化3D計算處理單元。本發明專利技術將簡單的叩診模擬對象轉換為與之大小匹配的數字化對象并建立與數字化對象的叩診部位相關聯的病例和聲音，結合光學動作捕捉技術進行叩診手指的空間三維定位，模擬實現叩診部位在不同操作手法下的實際叩診聲音，并能夠直接觀察數字化場景中的數字化對象，便于操作者實現練習過程中叩診位置所對應解剖結構，幫助學習診斷技能，提高叩診訓練質量與效果。

【技術實現步驟摘要】
基于動作捕捉的叩診訓練系統
本專利技術涉及模擬醫療教學領域，具體涉及一種基于動作捕捉的叩診訓練系統。
技術介紹
對病人實施體格檢查是醫生診治病人的一項非常重要的基本環節，醫生在采集完病人病史的基礎之上實施的體格檢查，是醫生驗證病人癥狀、獲取病人體征的重要來源，因此，全面、完整、正確的實施體格檢查才能使得臨床醫生做出正確的診斷，從而因病施治極為重要。醫學生向醫生角色轉變的過程中，醫學見習是非常重要的一環，體格檢查是醫師臨床工作的基本功，體格檢查訓練是臨床醫學教育的重要環節，而叩診訓練又是其中最基礎的內容之一。叩診指用手叩擊身體某表部位，使之振動而產生聲音，根據振動和聲音的音調的特點來判斷被檢查部位的臟器狀態有無異常，叩診教學課需要學生積極參與、反復實踐，以獲得良好的教學效果，教學質量的高低、效果的好壞在一定程度上直接將影響到醫學生今后的臨床思維和實踐能力。一般而言，在正常人體上進行的體格檢查所采集的疾病癥狀和體征均為生理驅動。隨著社會的進步，人們生活質量與醫療水平大幅提高，醫學教育規模也不斷擴大，與此同時，患者就醫觀念發生轉變，自我保護意識逐漸增強，部分住院患者不愿意配合教學，就算有部分患者愿意配合教學，但學生多組見習時，同時反復檢查同一患者，還是會造成患者不愿合作，因此導致醫學生見到的病種及陽性體征越來越少，在患者身上進行實踐的機會明顯減少，學生多、典型病患少的矛盾日益突出，影響了學生臨床基本技能的培養和叩診訓練的教學質量。因此，高度重視叩診訓練教學工作，進一步提高教學質量，對培養具有臨床實踐能力的醫學人才具有非常重要的意義。為此醫學教育工作者開始引入多媒體教學等現代教學手段，多媒體教學雖然圖文并茂，但難以讓醫學生進行與患者的互動，進行見習操作，仍然無法提高教學質量。繼而人們想到了以電腦模擬人代替真人患者的方法，比如有心肺叩診電腦模擬人、腹部叩診電腦模擬人等等。電腦模擬人采用硅膠、PVC等材料制作，內部相應部位安裝有各種不同的傳感器裝置，并預置好不同病例的不同聲音或效果，一方面具有與真實人體一樣的體面表征，另一方面針對各個不同的診斷部位設置有不同的傳感器裝置，以及外部連接的多媒體設備，由此來實現診斷人與“被診斷人”(電腦模擬人)的互動反饋，診斷出不同部位的不同病狀，表現出不同體征與聲音，也能供學生多次技能訓練，所以模擬人的應用確實在一定程度上彌補了典型病患少的問題。目前傳統的模擬醫學行業采用電磁感應、壓力傳感技術對模擬人實現聽診、觸診等訓練項目，即在模擬人內設置傳感器，進行模擬訓練，但是因為無法完全模擬人體的正常生理驅動，訓練仍無法達到滿意的效果。尤其對于叩診，叩擊身體時隨著叩擊手勢的頻率角度、力度的不同，得到的振動和聲音的音調是不同的，而模擬人內的傳感器無法感應到這些不同。而且傳感器僅能在傳感點感應，對于其它點哪怕是在其旁邊的點都無法感應，故效果是離散式的，但事實上身體檢查部位叩診時在檢查部位周圍也是有聲音的，是漸變的振動以及聲音的音調，即呈連續式效果。故傳統的模擬醫學行業無法通過設置傳感器的模擬人實現叩診教學訓練。目前各方都在努力研發的各種驅動(包括生理驅動)的體格檢查模擬人，無論在觸診、叩診和聽診，還是神經系統檢查等諸多方面，都無法滿足臨床醫生專業訓練的基本要求。
技術實現思路
本專利技術針對目前傳統的模擬醫療訓練設備無法實現叩診的教學訓練的問題，提供一種基于動作捕捉的叩診訓練系統，將簡單的叩診模擬對象轉換為與之大小匹配的數字化對象并建立與數字化對象的叩診部位相關聯的病例和聲音，結合光學動作捕捉技術進行叩診手指的空間三維定位，模擬實現叩診部位在不同操作手法下的實際叩診聲音，并能夠直接觀察數字化場景中的數字化對象，便于操作者實現練習過程中叩診位置所對應解剖結構，幫助學習診斷技能，提高叩診訓練質量與效果。本專利技術的技術方案如下：基于動作捕捉的叩診訓練系統，其特征在于，包括叩診模擬對象、數字化3D模型處理系統和光學動作捕捉系統，所述數字化3D模型處理系統包括數字化3D建模單元、模型病例匹配單元和數據庫，所述數字化3D建模單元利用數字化3D建模技術將叩診模擬對象轉換為數字化對象，所述數字化對象與叩診模擬對象大小匹配，所述數據庫存儲有各叩診部位的病例以及不同操作手法下的聲音，所述模型病例匹配單元與數據庫相連用于根據數字化對象的叩診部位建立相關聯的病例和聲音；所述光學動作捕捉系統包括采集單元和數字化3D計算處理單元，所述采集單元通過若干攝像機采集操作者叩診手指上設置的光學捕捉點，所述數字化3D計算處理單元根據采集的光學捕捉點進行空間三維坐標計算處理，獲取叩診手指在數字空間的操作手法和操作位置并在所述數字化對象中顯示所述位置以及發出所對應的聲音。還包括叩診訓練評估系統，所述叩診訓練評估系統連接數字化3D模型處理系統的模型病例匹配單元和數據庫，用于通過設置叩診教學病例引導操作者在叩診模擬對象上完成操作并監控操作者學習狀況。所述模型病例匹配單元設置叩診部位所覆蓋區域的中心點并依據所述叩診部位所覆蓋區域內到中心點的距離的遠近設置漸變的聲音，當某區域涉及被多個叩診部位覆蓋時設置的聲音是由與各相關的叩診部位對應的各聲音混合而成。在所述操作者的手上設置若干光學捕捉點，其中一個光學捕捉點為在叩診手指上戴的光標指環，所述數字化3D建模單元利用數字化3D建模技術將操作者叩診手指轉換為數字化叩診手指或數字化叩診錘。所述叩診模擬對象設置在診斷空間的叩診病床上，所述數字化3D建模單元還利用數字化3D建模技術將診斷空間和叩診病床分別轉換為數字化虛擬空間和數字化病床，所述數字化虛擬空間與診斷空間大小匹配，所述數字化病床與叩診病床大小匹配，并通過光學動作捕捉系統進行數字化虛擬空間和數字化病床的定位。所述叩診訓練評估系統包括教學案例錄制版塊、課程播放學習版塊、模擬操作訓練版塊、考核評估版塊和病例編輯器，所述教學案例錄制版塊、課程播放學習版塊、模擬操作訓練版塊、考核評估版塊均與病例編輯器相互關聯，且各板塊的相關信息與數據庫同步更新，通過所述病例編輯器規范化編輯和調用臨床實際叩診教學案例。在所述數字化對象上仿真顯示人體各叩診部位，所述叩診訓練評估系統根據訓練需求顯示或覆蓋各叩診部位。所述診斷空間為真正病房或教室或四面圍擋搭建的簡易空間，所述叩診病床為真正病床或搭建式簡易病床；所述叩診模擬對象為省卻了內部結構的簡易模擬人或其它簡易模擬對象。所述采集單元通過若干攝像機采集操作者叩診手指上設置的光學捕捉點，還進行動作采集預處理，所述動作采集預處理包括根據前后幀圖像的捕捉點信息及運動軌跡預測，對混淆或遮擋的目標點采用多幀分析的方法自動矯正，對捕捉點的跳動則采用信號平滑算法自動對數據進行平滑處理；所述數字化3D計算處理單元根據采集的光學捕捉點進行空間三維坐標計算處理，獲取叩診手指在數字空間的操作手法和操作位置并通過采集到的光學捕捉點的運動速度計算操作力度，從而在所述數字化對象中進行叩診操作仿真。所述攝像機采用高清紅外攝像機，若干所述高清紅外攝像機環繞診斷空間排列，高清紅外攝像機視野重疊區域為叩診模擬對象以及操作者叩診手指動作范圍，多個高清紅外攝像機連續快速拍攝叩診手指操作動作并記錄，所述高清紅外攝像機拍攝速率不低于每秒90幀。本專利技術的技術效果如下：本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于動作捕捉的叩診訓練系統，其特征在于，包括叩診模擬對象、數字化3D模型處理系統和光學動作捕捉系統，所述數字化3D模型處理系統包括數字化3D建模單元、模型病例匹配單元和數據庫，所述數字化3D建模單元利用數字化3D建模技術將叩診模擬對象轉換為數字化對象，所述數字化對象與叩診模擬對象大小匹配，所述數據庫存儲有各叩診部位的病例以及不同操作手法下的聲音，所述模型病例匹配單元與數據庫相連用于根據數字化對象的叩診部位建立相關聯的病例和聲音；所述光學動作捕捉系統包括采集單元和數字化3D計算處理單元，所述采集單元通過若干攝像機采集操作者叩診手指上設置的光學捕捉點，所述數字化3D計算處理單元根據采集的光學捕捉點進行空間三維坐標計算處理，獲取叩診手指在數字空間的操作手法和操作位置并在所述數字化對象中顯示所述位置以及發出所對應的聲音。

【技術特征摘要】
1.基于動作捕捉的叩診訓練系統，其特征在于，包括叩診模擬對象、數字化3D模型處理系統和光學動作捕捉系統，所述數字化3D模型處理系統包括數字化3D建模單元、模型病例匹配單元和數據庫，所述數字化3D建模單元利用數字化3D建模技術將叩診模擬對象轉換為數字化對象，所述數字化對象與叩診模擬對象大小匹配，所述數據庫存儲有各叩診部位的病例以及不同操作手法下的聲音，所述模型病例匹配單元與數據庫相連用于根據數字化對象的叩診部位建立相關聯的病例和聲音；所述光學動作捕捉系統包括采集單元和數字化3D計算處理單元，所述采集單元通過若干攝像機采集操作者叩診手指上設置的光學捕捉點，所述數字化3D計算處理單元根據采集的光學捕捉點進行空間三維坐標計算處理，獲取叩診手指在數字空間的操作手法和操作位置并在所述數字化對象中顯示所述位置以及發出所對應的聲音。2.根據權利要求1所述的叩診訓練系統，其特征在于，還包括叩診訓練評估系統，所述叩診訓練評估系統連接數字化3D模型處理系統的模型病例匹配單元和數據庫，用于通過設置叩診教學病例引導操作者在叩診模擬對象上完成操作并監控操作者學習狀況。3.根據權利要求1或2所述的叩診訓練系統，其特征在于，所述模型病例匹配單元設置叩診部位所覆蓋區域的中心點并依據所述叩診部位所覆蓋區域內到中心點的距離的遠近設置漸變的聲音，當某區域涉及被多個叩診部位覆蓋時設置的聲音是由與各相關的叩診部位對應的各聲音混合而成。4.根據權利要求3所述的叩診訓練系統，其特征在于，在所述操作者的手上設置若干光學捕捉點，其中一個光學捕捉點為在叩診手指上戴的光標指環，所述數字化3D建模單元利用數字化3D建模技術將操作者叩診手指轉換為數字化叩診手指或數字化叩診錘。5.根據權利要求4所述的叩診訓練系統，其特征在于，所述叩診模擬對象設置在診斷空間的叩診病床上，所述數字化3D建模單元還利用數字化3D建模技術將診斷空間和叩診病床分別轉換為數字化虛擬空間和數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：方彤，王毅，卿叔平，周堅，張秀峰，鄧宏軍，
申請(專利權)人：南京夢宇三維技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32