一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置及教学方法与流程

本发明涉及奶牛直肠检查技术领域，尤其涉及一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置及教学方法。

背景技术：

奶牛的一些解剖构造有利于操作者通过直肠对其生殖道进行触诊、操作和检查：1)和其它物种一样，牛的生殖道通过阔韧带悬挂于背侧体壁。生殖道的后部(阴道、子宫颈，有时候还包括一部分子宫)位于盆腔，前部(子宫、输卵管、卵巢，有时包括一部分子宫颈)越过骨盆边缘悬挂于腹腔内；另外，生殖道正好位于直肠下面；2)牛的直肠足以容纳手臂，并且直肠壁的柔韧程度允许检查者隔着直肠抓住生殖道；3)牛的直肠壁有一定强度，很少被撕裂，其它物种则不同，尤其是马，直肠壁很容易损伤。尽管如此，对牛进行直肠检查时仍然要小心翼翼防止撕裂或其它损伤。

直肠检查已是《动物繁殖学》现场实习教学中非常重要的一部分，在现场实习教学过程中，通先由教师对奶牛的特定器官进行现场示范操作，再由学生根据教师的讲解对该特定器官进行初次直肠检查。

但在实际教学时，学生在操作过程中不易找到该特定器官，造成定位时间过长或器官定位错误，一方面影响了延长了整体教学时间和降低了教学效果；另一方面，由于每年实习的学生很多且每个学生都要动手操作，采用现有的教学发方法不可避免的对奶牛伤害过大，易引起奶牛的不适，发生奶牛踢人事件，给实习学生带来安全危害。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置及教学方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置，包括：

一围绕奶牛周体固定的体外定位器，其包括至少三个定位发射结构；所述定位发射结构由下壳体、发射端电源、超声波发生器、发射端开关和上壳体组装而成，所述超声波发生器、发射端开关、指示灯均与所述射端电源电连接；和

一可佩戴的伸入奶牛直肠的定位戒指，其包括戒指本体、设置于所述戒指本体内侧壁的戒指内环、设置于所述戒指内环内侧壁的环形气囊以及设置于所述戒指本体一侧的第一限位弧形板和第二限位弧形板，所述第一限位弧形板和第二限位弧形板具有承受一定推力而不变形的刚度，且其远端向内侧呈弯曲状；所述戒指内环上设置有与所述环形气囊连通的进气口和排气口；所述戒指本体与所述第一限位弧形板之间一体成型设置有连接部，所述连接部内嵌设有接收端电源和微处理器，所述连接部上设置有接收端电源开关、确认按钮和振动器开关，所述戒指本体上嵌设有显示屏、超声波接收器和连接所述接收端电源的电源指示灯，所述第一限位弧形板内嵌设有第一振动器，所述第二限位弧形板内嵌设有第二振动器，所述第一振动器、第二振动器、显示屏、接收端电源、超声波接收器、接收端电源开关、确认按钮和振动器开关均与所述微处理器电连接；以及

一3d打印的与奶牛躯体表面相贴合的辅助定位装置，至少三个所述体外定位器嵌设于所述辅助定位装置上；其中，所述辅助定位装置由第一三角固定架、第二三角固定架和第三弧形固定架组成，所述第一三角固定架与第二三角固定架呈蝶形结构连接，所述第三弧形固定架的两端分别连接所述第一三角固定架和第二三角固定架，所述第一三角固定架、第二三角固定架和第三弧形固定架上间隔开设有若干用于嵌设所述体外定位器的安装槽；

其中，由嵌设在所述辅助定位装置上的至少三个所述超声波发生器同时发送时间同步信号，所述超声波接收器接收所述超声波发生器发送的时间同步信号，移动所述定位戒指并通过所述微处理器计算出所述超声波接收器的空间位置，当所述超声波接收器的空间位置与预设定位点一致时，通过所述微处理器启动所述第一振动器和/或第二振动器震动。

进一步地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，至少三个所述定位发射结构由一软尺串联连接；所述下壳体中部设有平面涡卷弹簧，所述软尺固定在所述面涡卷弹簧的内圈。

进一步地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，所述下壳体的左右两端分别设置于卡槽，所述软尺的两端可卡扣固定在所述卡槽上。

进一步优选地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，所述下壳体和所述上壳体之间还设置有隔板，所述发射端电源、超声波发生器和发射端开关装设于所述隔板与所述上壳体之间；所述平面涡卷弹簧和所述软尺装设于所述下壳体与所述隔板之间。

更进一步地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，还包括设置于所述隔板与所述上壳体之间的指示灯，所述指示灯与所述射端电源电连接。

进一步地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，所述软尺一端设置有第一卡块，另一端设置有第二卡块，所述软尺一端通过第一卡块连接一所述定位发射结构的卡槽，另一端通过所述第二卡块连接另一所述定位发射结构的卡槽。

进一步地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，所述确认按钮和振动器开关位于所述连接部的上端，所述接收端电源开关位于所述连接部的侧端。

进一步地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，所述环形气囊粘结固定在所述戒指内环内壁，所述戒指内环外壁上均布有若干卡块，所述戒指本体内壁开设有若干与所述卡块一一对应的卡槽，以使所述戒指内环与所述戒指本体可拆卸连接。

进一步地，在所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置上，所述第一三角固定架的上端设置有第一限位片，所述第二三角固定架的上端设置有第二限位片，所述第一限位片和第二限位片的下端面具有与奶牛躯体的第一至第六椎体相贴合的形状；所述第一三角固定架和第二三角固定架连接处的下端面具有与奶牛躯体的第一荐骨相贴合的形状。

本发明的第二个方面是提供一种所述戒指式奶牛直肠定位检查教学装置的教学方法，包括步骤：

步骤1，采用三维扫描仪获取奶牛腰部和臀部的体表形貌，利用建模软件重建奶牛腰部和臀部的体表形貌的3d数字模型；在该体表形貌的3d数字模型上，以奶牛椎体和荐骨为体表标志，循体表形貌起伏刻画出辅助定位装置的3d数字模型；

步骤2，将步骤(1)建成的所述辅助定位装置模型的3d数字模型导入打印机并进行3d一体打印成型，制得辅助定位装置；

步骤3，将步骤(2)制得的辅助定位装置架设在奶牛躯体上，使第一限位片和第二限位片与奶牛躯体的第一至第六椎体相贴合，使第一三角固定架和第二三角固定架连接处与奶牛躯体的第一荐骨相贴合，以及使第三弧形固定架贴合在奶牛臀部；将至少三个所述体外定位器嵌设在相应的安装槽内固定于奶牛周体，然后分别开启各体发射端开关；

步骤4，由教师佩戴定位戒指，将第三固定带的中部夹设在教师食指和中指之间，并将定位戒指佩戴在手指上，其中，环形气囊套在中指部位，第一限位弧形板和第二限位弧形板套设在食指部位，接收端电源开关、确认按钮和振动器开关位于手掌内侧，然后开启接收端电源开关；

步骤5，将定位戒指伸入奶牛直肠内，找到待检查器官的位置；由至少三个所述超声波发生器同时发送时间同步信号，并由所述超声波接收器接收所述超声波发生器发送的时间同步信号，通过所述微处理器计算出此时所述超声波接收器的空间位置，此时通过拇指按下确认按钮，确定所述待检查器官的预设定位点，取出所述定位戒指；

步骤6，由学生按照步骤4所述方式佩戴所述定位戒指，开启所述振动器开关，然后伸入奶牛直肠内，此时所述超声波接收器接收所述超声波发生器发送的时间同步信号，并通过所述微处理器计算出此时所述超声波接收器的空间位置；

步骤7，移动所述定位戒指至所述预设定位点时，此时所述超声波接收器的空间位置与所述预设定位点的空间位置一致，所述微处理器控制所述第一振动器和第二振动器同时震动，提示学生此时所述定位戒指位置即为待检查器官的位置；

步骤8，按下所述振动器开关，以关闭第一振动器和第二振动器，由学生对步骤7已确定位置的待检查器官进行触诊。

进一步地，所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学方法，步骤2中，当教师按下所述确认按钮确定所述待检查器官的预设定位点后，开启所述振动器开关，检测所述第一振动器、第二振动器是否正常启动。

进一步地，所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学方法，步骤7中，移动所述定位戒指，当所述预设定位点位于所述第一振动器一侧位置时，通过所述微处理器控制所述第一振动器启动；当所述预设定位点位于所述第二振动器一侧位置时，通过所述微处理器控制所述第二振动器启动。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1)本发明提供的戒指式奶牛直肠定位检查装置及教学方法，将三维定位和传统直肠检查技术相结合，开创了一种新的直肠检查教学思路，并设计出了相应教学装置；

2)运用本发明教学方法进行直肠检查教学时，可明显降低直肠检查中待检测器官的定位操作难度，方便学生实习工作的开展，同时大大降低了对奶牛的伤害，提高了教学效率；

3)而且，本发明提供的戒指式奶牛直肠定位检查装置，结构紧凑，设计新颖，操作方便，可快速帮助实习学生找到待检查器官的位置，节省了每个实习学生的操作时间，提高了教学质量，具有良好推广应用价值。

附图说明

图1为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中平面涡卷弹簧和软尺的结构示意图；

图2为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中定位发射结构的结构示意图；

图3为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置的俯视结构示意图；

图4为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中体外定位器的结构示意图；

图5为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中定位戒指的结构示意图；

图6为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中定位戒指的侧视结构示意图；

图7为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中定位戒指a-a截面的结构示意图；

图8为本发明一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中辅助定位装置的结构示意图；

其中，各附图标记为：

100-体外定位器，110-定位发射结构，111-下壳体，112-平面涡卷弹簧，113-卡槽，114-隔板，115-发射端电源，116-超声波发生器，117-发射端开关，118-指示灯，119-上壳体，120-软尺，121-第一卡块，122-第二卡块；200-定位戒指，201-戒指本体，202-戒指内环，203-环形气囊，204-进气口，205-排气口，206-第一限位弧形板，207-第二限位弧形板，208-连接部，209-接收端电源开关，210-确认按钮，211-振动器开关，212-第一振动器，213-第二振动器，214-卡块，215-显示屏，216-接收端电源，217-微处理器，218-超声波接收器，219-电源指示灯，220-卡槽；300-辅助定位装置，301-第一三角固定架，302-第二三角固定架，303-第三弧形固定架，304-第一限位片，305-第二限位片，306-安装槽。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

本实施例的提供一种戒指式奶牛直肠定位检查教学装置，通过采用体外定位器100和体内定位戒指200将三维定位和传统直肠检查技术相结合，开创了一种新的直肠检查教学思路，并设计出了相应教学装置；运用本发明教学方法进行直肠检查教学时，可明显降低直肠检查中待检测器官的定位操作难度，方便学生实习工作的开展，同时大大降低了对奶牛的伤害，提高了教学效率。

作为本实施例的一个技术方案，如图1-4所示，提供一围绕奶牛周体固定的体外定位器100，其包括三个定位发射结构110；所述定位发射结构110由下壳体111、发射端电源115、超声波发生器116、发射端开关117和上壳体119组装而成，所述超声波发生器116、发射端开关117、指示灯118均与所述发射端电源115电连接，由发射端电源115为体外定位器100供电，并通过发射端开关117控制发射端电源115的通闭，由指示灯118显示发射端电源115的电量。

作为本实施例的一个技术方案，如图5-7所示，还提供一种可佩戴的伸入奶牛直肠的定位戒指200，其包括戒指本体201、设置于所述戒指本体201内侧壁的戒指内环202、设置于所述戒指内环202内侧壁的环形气囊203以及设置于所述戒指本体201一侧的第一限位弧形板206和第二限位弧形板207，所述第一限位弧形板206和第二限位弧形板207具有承受一定推力而不变形的刚度，且其远端向内侧呈弯曲状；所述戒指内环202上设置有与所述环形气囊203连通的进气口204和排气口205；所述戒指本体201与所述第一限位弧形板206之间一体成型设置有连接部208，所述连接部208内嵌设有接收端电源216和微处理器217，所述连接部208上设置有接收端电源开关209、确认按钮210和振动器开关211，所述戒指本体201上嵌设有显示屏215、超声波接收器218和连接所述接收端电源216的电源指示灯219，所述第一限位弧形板206内嵌设有第一振动器212，所述第二限位弧形板207内嵌设有第二振动器213，所述第一振动器212、第二振动器213、显示屏215、接收端电源216、超声波接收器218、接收端电源开关209、确认按钮210和振动器开关211均与所述微处理器217电连接。由定位戒指200构成该教学装置的体内定位结构，通过体外定位器100和体内定位戒指200将三维定位和传统直肠检查技术相结合，实现奶牛直肠定位检查。

如图8所示，作为一个优选实施例，还包括：一3d打印的与奶牛躯体表面相贴合的辅助定位装置300，至少三个所述体外定位器100嵌设于所述辅助定位装置300上；其中，所述辅助定位装置300由第一三角固定架301、第二三角固定架302和第三弧形固定架303组成，所述第一三角固定架301与第二三角固定架302呈蝶形结构连接，所述第三弧形固定架303的两端分别连接所述第一三角固定架301和第二三角固定架302，所述第一三角固定架301、第二三角固定架302和第三弧形固定架303上间隔开设有若干用于嵌设所述体外定位器100的安装槽306。此外，该辅助定位装置300中的第一三角固定架301与第二三角固定架302之间采用铰接连接，即第一三角固定架301可相对第二三角固定架302按一定角度转动，使得第一三角固定架301下端和第二三角固定架302下端之间的间距可调，以适用于多头不同体型奶牛的直肠检查，实现辅助定位装置300的重复利用。

本实施例所提供的戒指式奶牛直肠定位检查教学装置在使用时，由嵌设在所述辅助定位装置300上的至少三个所述超声波发生器116同时发送时间同步信号，所述超声波接收器218接收所述超声波发生器116发送的时间同步信号，移动所述定位戒指200并通过所述微处理器217计算出所述超声波接收器218的空间位置，当所述超声波接收器218的空间位置与预设定位点一致时，通过所述微处理器217启动所述第一振动器212和/或第二振动器213震动。

如图1所示，于上述技术方案的基础上，至少三个所述定位发射结构110由一软尺120串联连接；所述下壳体111中部设有平面涡卷弹簧112，所述软尺120固定在所述面涡卷弹簧112的内圈。所述下壳体111的左右两端分别设置于卡槽113，所述软尺120的两端可卡扣固定在所述卡槽113上。

如图2所示，于上述技术方案的基础上，所述下壳体111和所述上壳体119之间还设置有隔板114，所述发射端电源115、超声波发生器116和发射端开关117装设于所述隔板114与所述上壳体119之间；所述平面涡卷弹簧112和所述软尺120装设于所述下壳体111与所述隔板114之间。

如图2-3所示，于上述技术方案的基础上，还包括设置于所述隔板114与所述上壳体119之间的指示灯118，所述指示灯118与所述射端电源115电连接。

如图4所示，当辅助定位装置300与待检查奶牛躯体不能适当匹配时，可采用如图4所示的固定方式。具体地，所述软尺120一端设置有第一卡块121，另一端设置有第二卡块122，所述软尺120一端通过第一卡块121连接一所述定位发射结构110的卡槽113，另一端通过所述第二卡块122连接另一所述定位发射结构110的卡槽113。所述体外定位器100通过软尺120固定在奶牛周体上。

如图5-6所示，于上述技术方案的基础上，所述确认按钮210和振动器开关211位于所述连接部208的上端，所述接收端电源开关209位于所述连接部208的侧端。振动器开关211用于控制第一振动器212和/或第二振动器213开启或关闭，通过两个振动器的结构设计，用于向操作者提供预设定位点的方向位置，使用时，由学生移动所述定位戒指200，当所述预设定位点位于所述第一振动器212一侧位置时，通过所述微处理器217控制所述第一振动器212启动，提醒操作者预设定位点位于所述第一振动器212的一侧，需向第一振动器212一侧移动定位戒指200；当所述预设定位点位于所述第二振动器213一侧位置时，通过所述微处理器217控制所述第二振动器213启动，提醒操作者预设定位点位于所述第二振动器213的一侧，需向第二振动器213一侧移动定位戒指200。

如图6-7所示，于上述技术方案的基础上，所述环形气囊203粘结固定在所述戒指内环202内壁，所述戒指内环202外壁上均布有若干卡块214，所述戒指本体201内壁开设有若干与所述卡块一一对应的卡槽220，以使所述戒指内环202与所述戒指本体201可拆卸连接。使用时，将该定位戒指200上的戒指本体201佩戴在中指上，将第一限位弧形板206和第二限位弧形板207套设在食指上，采用注射器对环形气囊203充气，使环形气囊203向内侧膨胀扩张，缩小环形气囊203的内径，进而使环形气囊203紧紧的固定在中指上，可适用于不同操作人群，提高了使用范围。此外，充气膨胀后的环形气囊203具有良好的柔顺性，在保证佩戴牢固度的同时，大大提高了佩戴的舒适性。

于上述技术方案的基础上，作为一个优选实施例，戒指本体201和戒指内环202材质选自金属、abs树脂、聚乳酸、聚乙烯醇和尼龙中的一种或几种。所述第一限位弧形板206和第二限位弧形板207具有承受一定推力而不变形的刚度，且其远端向内侧呈弯曲状，具体地，所述第一限位弧形板206和第二限位弧形板207材料为金属合金或者为形状记忆合金，或者金属合金与形状记忆合金的组合；或者为医用高分子材料，或者金属合金与医用高分子材料的组合。

如图8所示，于上述技术方案的基础上，所述第一三角固定架301的上端设置有第一限位片304，所述第二三角固定架302的上端设置有第二限位片305，所述第一限位片304和第二限位片305的下端面具有与奶牛躯体的第一至第六椎体相贴合的形状；所述第一三角固定架301和第二三角固定架302连接处的下端面具有与奶牛躯体的第一荐骨相贴合的形状。

本发明还提供了一种所述戒指式奶牛直肠定位检查教学装置的教学方法，具体包括以下操作步骤：

步骤1，采用三维扫描仪获取奶牛腰部和臀部的体表形貌，利用建模软件重建奶牛腰部和臀部的体表形貌的3d数字模型；在该体表形貌的3d数字模型上，以奶牛椎体和荐骨为体表标志，循体表形貌起伏刻画出辅助定位装置的3d数字模型；

步骤2，将步骤(1)建成的所述辅助定位装置模型的3d数字模型导入打印机并进行3d一体打印成型，制得辅助定位装置300；

步骤3，将步骤(2)制得的辅助定位装置300架设在奶牛躯体上，使第一限位片304和第二限位片305与奶牛躯体的第一至第六椎体相贴合，使第一三角固定架301和第二三角固定架302连接处与奶牛躯体的第一荐骨相贴合，以及使第三弧形固定架303贴合在奶牛臀部；将至少三个所述体外定位器100嵌设在相应的安装槽306内固定于奶牛周体，然后分别开启各体发射端开关117；

步骤4，由教师佩戴定位戒指200，将第三固定带的中部夹设在教师食指和中指之间，并将定位戒指200佩戴在手指上，其中，环形气囊203套在中指部位并充气，第一限位弧形板206和第二限位弧形板207套设在食指部位，接收端电源开关209、确认按钮210和振动器开关211位于手掌内侧，然后开启接收端电源开关216；

步骤5，将定位戒指200伸入奶牛直肠内，找到待检查器官的位置；由至少三个所述超声波发生器116同时发送时间同步信号，并由所述超声波接收器218接收所述超声波发生器116发送的时间同步信号，通过所述微处理器217计算出此时所述超声波接收器218的空间位置，此时通过拇指按下确认按钮210，确定所述待检查器官的预设定位点，取出所述定位戒指200；

步骤6，由学生按照步骤4所述方式佩戴所述定位戒指200，开启所述振动器开关211，然后伸入奶牛直肠内，此时所述超声波接收器218接收所述超声波发生器116发送的时间同步信号，并通过所述微处理器217计算出此时所述超声波接收器218的空间位置；

步骤7，移动所述定位戒指200至所述预设定位点时，此时所述超声波接收器218的空间位置与所述预设定位点的空间位置一致，所述微处理器217控制所述第一振动器212和第二振动器213同时震动，提示学生此时所述定位戒指200位置即为待检查器官的位置；

步骤8，按下所述振动器开关211，以关闭第一振动器212和第二振动器213，由学生对步骤7已确定位置的待检查器官进行触诊。

进一步地，所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学方法，步骤5中，当教师按下所述确认按钮210确定所述待检查器官的预设定位点后，开启所述振动器开关211，检测所述第一振动器212、第二振动器213是否正常启动，操作者按下振动器开关211可关闭第一振动器212和/或第二振动器213。

在所述的奶牛直肠定位检查教学方法中，步骤7中，当所述定位戒指200越靠近所述预设定位点时，所述第一振动器212、第二振动器213的震动频率越高，所述第一振动器212、第二振动器213均具有高、中、低三档震动频率。

进一步地，所述的戒指式奶牛直肠定位检查教学方法，步骤7中，移动所述定位戒指200，当所述预设定位点位于所述第一振动器212一侧一定范围外时，通过所述微处理器217控制所述第一振动器212启动，按下振动器开关211，关闭第一振动器212；当所述预设定位点位于所述第二振动器213一侧一定范围外时，通过所述微处理器217控制所述第二振动器213启动，按下振动器开关211，关闭第二振动器213；当所述预设定位点位于所述第一振动器212和第二振动器213的一定范围内时，所述微处理器217控制所述第一振动器212和第二振动器213同时震动，提示学生此时所述定位戒指200位置即为待检查器官的位置，按下所述振动器开关211，可同时关闭第一振动器212和第二振动器213。

采用本发明教学方法进行直肠检查教学时，可明显降低直肠检查中待检测器官的定位操作难度，方便学生实习工作的开展，同时大大降低了对奶牛的伤害，提高了教学效率，节省了每个实习学生的操作时间，提高了教学质量，具有良好推广应用价值。

本发明戒指式奶牛直肠定位检查教学装置中所超声波发生器和超声波接收器使用的超声波定位技术，是将至少3个超声波发射器固定在奶牛身上，相当于位置固定，发射器同时向周围发射超声波脉冲，由定位戒指上的超声波接收器接收，利用超声波到达接收器的时间，计算出超声波接收器的具体位置。在超声波接收器移动时，通过连续测量，可以得到超声波接收器的移动轨迹。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。