具有执刀手法识别功能的手术刀电子训练系统及训练方法
【专利说明】具有执刀手法识别功能的手术刀电子训练系统及训练方法技术背景
[0001]本发明属于临床解剖教具技术领域，具体涉及一种具有执刀手法识别功能的手术刀电子训练系统，还涉及使用该手术刀电子训练系统进行执刀手法训练的训练方法。
【背景技术】
[0002]近年来，在医学解剖学及外科学教学及实验中，根据规范性教材《局部解剖学》、《外科手术学》的教学要求，要求对受训者进行手术刀四种执刀方式(执弓式、握持式、执笔式、反挑式)下的持刀、入刀、行刀及出刀的方法训练。为了培训正确的手术刀运用及操作方法，培训者通过口述讲解要求受训者注意手术刀把握的手型，还需要求受训者精细把握手术刀操作力度、倾斜度、手术刀操作节律(走向、运动速度、距离)等等。因此，单凭口述指导及有限的实验室环境下训练，要使受训者能迅速精细界定和把握手术刀运用及操作方法有一定难度，常会出现受训者把握不准、不精细、效率低下的问题，而且人工进行解剖及手术训练教学对教学环境要求高，这些问题都制约着解剖教学的质量的提升。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种具有执刀手法识别功能的手术刀电子训练系统。
[0004]本发明的另一目的是提供使用上述手术刀电子训练系统进行执刀手法训练的训练方法。该训练系统用于临床解剖教学和解剖练习，通过交互式的智能化训练和检测极大地提高了教学效果和解剖训练的精准度；该训练方法也有效的解决了原有人工指导解剖手术训练带来的不精细、培训效率低、解剖操作把握不准、训练环境受限制等问题。
[0005]为了实现以上目的，本发明采用的一个技术方案是，一种具有执刀手法识别功能的手术刀电子训练系统，包括由工程塑料制成的模拟手术刀，模拟手术刀的刀柄上固定有手型传感器，模拟手术刀的刀柄尾端固定有倾角传感器；手型传感器和倾角传感器均与处理器连接，处理器还连接有行刀感应板、显示器、语音放音模块、FM无线调频发射器、FM无线耳机和电池。
[0006]本发明还具有以下特点:
[0007]手型传感器采用点阵式压力传感器，为筒形传感器，套在模拟手术刀的刀柄外并用紧固件固定。
[0008]手型传感器上按照各执刀手法的标准执刀手型划分有对应的标准感应区域，具体为:手型传感器沿轴向向着刀柄末端的方向依次分为A、B、C三个区，三个区内按照成年人正常执刀手型共划分有八个标准感应区域。以右手持刀且刀头向下为模拟手术刀的标准方式，A区划分有四个标准感应区域，分别为位于手型传感器的上、下、左、右方向的标准感应区域a、b、c、d;B区划分有三个标准感应区域，分别为位于手型传感器的下、左、右方向的标准感应区域e、f、g ;C区划分有一个标准感应区域，为位于手型传感器2的下方的标准感应区域h。
[0009]倾角传感器由微型的三轴重力加速度传感器芯片、接口调理及稳压电路组成，为帽式封装结构，套在刀柄末端。
[0010]行刀感应板为电阻式压力板，划分有行刀训练操作区和按键区，按键区设有各种执刀手法的选择按键。
[0011]处理器采用内部带有A/D变换器的单片机。语音放音模块由ISD系列可寻址的语音录放芯片及外围录放电路组成；无线调频发射器采用多频点可选的FM调频发射器；无线耳机采用多频点可选的头戴式FM无线耳机。
[0012]本发明采用的另一个技术方案是，使用上述手术刀电子训练系统进行执刀手法训练的训练方法，包括以下步骤:
[0013]步骤I，选择训练内容。
[0014]处理器将训练提示信息传送给显示器和FM无线耳机，受训者按照训练提示信息在行刀感应板的按键区中从多种执刀手法训练方式中选择一种工作，系统便进入该执刀手法训练工作。
[0015]步骤2，模拟训练。
[0016]处理器将该执刀手法的操作要领及训练任务信息传送给显示器和FM无线耳机，受训者按照操作要领及训练任务的要求用模拟手术刀在行刀感应板的行刀训练操作区进行模拟训练；模拟训练过程中，手型传感器和倾角传感器分别获取把握的手型和持刀的角度信息，行刀感应板的行刀训练操作区获取行刀长度和行刀力度信息；处理器接收到以上信息后，根据受训者的训练步骤依次对模拟手术刀把握的手型、持刀的垂直度、行刀长度和行刀力度进行标准符合度检验，每一步骤的检验结果都通过显示器和FM无线耳机提示，前一项检验不合格不进行下一项检验，受训者需继续当前步骤的训练，直到检验合格才进行下一项检验。
[0017]步骤3、训练评判。
[0018]当模拟训练结束后，处理器判断整个模拟训练所用的时间是否符合设定的时间，并将判断结果传输给显示器和FM无线耳机播放；然后返回步骤1，受训者继续选择任一执刀手法训练方式进行模拟训练和检验，或直接退出系统结束训练。
[0019]本发明还具有以下特点:
[0020]步骤2中各训练步骤标准符合度的检验方法为，处理器识别从手型传感器、倾角传感器和行刀感应板传来的信息，将其与预先设定的数据进行对比并计算出结果。具体检验方法如下:
[0021]把握的手型标准符合度的检验方法为:处理器从手型传感器上获取压力点的位置，并检验在当前执刀手法下手型传感器上对应的各标准感应区域内是否均有压力信号，如果是，则判断为合格；如果任意一个标准感应区域内缺少压力信号，则判断为不合格。持刀垂直度标准符合度检验方法为:处理器由倾角传感器获取模拟手术刀的角度信息，并将其与预设的标准角度进行对比，角度误差不大于预设误差判断为合格，角度误差大于预设误差判断为不合格。行刀长度标准符合度的检验方法为:处理器由行刀感应板获取行刀长度信息，并将其与预设的标准长度进行对比，长度误差不大于预设误差判断为合格，长度误差大于预设误差判断为不合格。行刀力度标准符合度的检验方法为:处理器由行刀感应板获取行刀力度信息，并将其与预设的标准力度进行对比，力度误差不大于预设误差判断为合格，力度误差大于预设误差判断为不合格。
[0022]不同执刀手法所对应的手型传感器上压力感应情况定义如下:以右手持刀且刀头向下为模拟手术刀的标准方式，当执刀手法为执弓式时，手型传感器上的标准感应区域a、e和f这三个标准感应区域内均有压力信号；当执刀手法为执笔式时，手型传感器上的标准感应区域a、f和h这三个标准感应区域内均有压力信号；当执刀手法为握持式时，手型传感器上的标准感应区域d、c和g这三个标准感应区域内均有压力信号；当执刀手法为反挑式时，手型传感器上的标准感应区域b、f和h这三个标准感应区域内均有压力信号。
[0023]本发明的有益效果是:(1)本发明手术刀电子训练系统具有执刀手法识别功能，想法新颖、结构简单、智能性好、精确度高，训练环境要求低、操作趣味性强、既便于个体化训练又适合群体化教学等优点，是一种低功耗、低成本、易于实现的手术刀电子训练教具。
(2)本发明的手术刀电子训练方法不受环境限制，其采用的交互式训练方法更可使操作者直观、精细地体会操作方法，有利于提高执刀手法的培训效率和效果。(3)本发明的手术刀电子训练系统具有用户自拓展功能，用户可根据教学内容需要更改或拓展教学训练内容，也可通过更改系统语音、显示提示信息及训练预案数据，来增加其它执刀手法训练或经典手术模仿训练预案以拓展该教学系统的功能。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的手术刀电子训练系统的结构示意图；
[0025]图2为本发明的手术刀电子训练系统中模拟手术刀的结构示意图；
[0026]图3为图2的模拟手术刀中手型传感器上各标准感应区域的示意图；
[0027]图4为本发明的手术刀电子训练系统中行刀感应板的结构示意图。
[0028]图中，1.模拟手术刀，2.手型传感器，3.