一种背部针刺技能实训仿真系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及中医针刺技能的实训应用领域，尤其涉及基于多维力传感技术、类肤材料技术、人工智能技术等高科技手段的一种背部针刺技能实训仿真系统。


背景技术：

[0002]
针刺，古称“砭刺”，是由砭石刺病发展而来，后来又称“针法”，现代则指使用不同的针具，通过一定的手法或方式刺激人体一定部位（一般是腧穴），以激发经络气血、调节脏腑功能，从而防治疾病的方法。针刺，其作用实质是通过机械刺激，促进、激发机体自身的调节机能和自我康复的潜能，使机体从病态向正常生理状态转归，因此具备副作用小、操作灵活、操作工具简单、操作简便、治疗条件不受制约、成本低廉等优势，成为中医治疗中最基础的治疗手段，广泛的应用于多种病症和病状的预防与治疗。
[0003]
针刺的主要操作步骤为：取穴（选取定位腧穴）、进针、行针、起针。在操作过程中，准确的取穴是针刺治疗的前提条件，进针的角度、方向、深度，是获得针感、施行补泻、发挥针刺效应、提高针治疗效、防止针刺意外发生的关键环节。针刺腧穴的正确，不仅指在皮肤表面腧穴位置的正确，还必须与正确的针刺角度、方向和深度结合起来，才能发挥针刺腧穴的治疗作用；临床上针刺同一个腧穴，如果角度，方向和深度不同，那么刺达的组织结构、产生的针刺感应和治疗的效果，都会有一定的差异。因此，掌握针刺技能的核心是准确取穴、适当的手法和对针刺的角度、方向、深度的控制。
[0004]
针刺技能的掌握提升以实操训练为主，现阶段针刺实训的方法主要包括基于自身进行实体训练或者两人一组相互进行实体训练，由于初学者的能力水平所致，在实训中发生错误的概率较高，因此实训时只能在上肢部、下肢部等风险较低的部位进行，而难以在风险较高的头部、胸部和背部进行，导致技能提升有限；同时因为针刺治疗的效果与取穴的准确度和针刺的角度、方向、深度直接相关，在实训中无法看到或者主观判断相关参数，造成练习者实训的主观性和不确定性，难易客观评判动作对错和针刺效果的优劣。综上所述，传统的针刺实训模式难易适应中医针刺专业人才的广泛需求，如何引入高科技手段优化完善现有中医针刺技能的人才培养方式和方法，消除缺陷，永葆优势，已成为势在必行的关键课题。
[0005]
目前，多维力感知技术、类肤材料技术和人工智能技术已经有了较成熟的技术基础，广泛的应用于智能机器人、智慧医疗、智能教育和智慧物联等领域，这些技术的综合应用可实现增强或补充人眼看到的实景情况，模仿真实人体触感效果，虚实结合具象化展现客观难以观察的物体内部情况，综合分析各类参数关联关系，客观评估运动特征和动作特点。
[0006]
将中医针刺技能实训与多维力感知、类肤材料和人工智能等科技手段进行跨领域融合，是实现中医针刺技能的实训数字化、精准化和标准化的有效途径，是推动传统中医针刺技能练习手段的科技创新，是缩短中医针刺人才培养时间周期的最优方案。


技术实现要素：

[0007]
本实用新型的目的，意在围绕背部针刺技能实训要求，综合多维力传感技术、类肤材料技术、人工智能技术等高科技手段，为背部针刺技能实训，提供模仿真实人体触感的背部实训仿真模型，通过嵌入式集成的柔性多维力学传感器实时采集针刺技能的力学信息，通过高清光学摄像头实时捕捉针刺技能的动作信息，通过信号传输电路和主控芯片实现硬件电路的控制和数据的传输，通过人工智能应用系统实现取穴的准确度和针刺技能动作优劣的展示评估，为使用者查看、纠正和提高针刺技能的精准度和准确度提供客观依据。
[0008]
为实现上述目的，本实用新型提出了一种背部针刺技能实训仿真系统，包括硅胶皮肤层
①
、背部取穴定位层
②
、进针导引腔
③
、硅胶肌肉
④
、压力传感器
⑤
、信号传输电路
⑥
、传感器定位及电路导引层
⑦
、集成电路板
⑧
、主控芯片
⑨
、无线数据传输模块
⑩
、下壳体
⑪
、无线数据接收模块
⑫
、高清光学摄像头
⑬
、计算机
⑭
和显示屏
⑮
。所述硅胶皮肤层
①
包裹在所述背部取穴定位层
②
和所述下壳体
⑪
外侧，用于保护内部设备和提供真实人体背部触感；所述背部取穴定位层
②
与所述进针导引腔
③
装配集成，用于模拟人体背面穴位位置；所述进针导引腔
③
内部填充所述硅胶肌肉
④
，用于模拟人体肌肉触感；所述压力传感器
⑤
、信号传输电路
⑥
、集成电路板
⑧
、主控芯片
⑨
、无线数据传输模块
⑩
和无线数据接收模块
⑫
相互连接集成，用于采集、处理和传输针刺实训力学信息；所述传感器定位及电路导引层
⑦
用于对所述压力传感器
⑤
和信号传输电路
⑥
的定位和保护；所述下壳体
⑪
为平面塑料壳体，与背部取穴定位层
②
下表面形状相同，并通过螺丝与背部取穴定位层
②
固定；所述高清光学摄像头
⑬
用于采集针刺实训运动信息；所述计算机
⑭
及其内部应用系统，用于存储、计算和分析评估针刺技能实训动作的相关信息及技能水平；所述显示屏
⑮
用于计算机中应用系统的界面展示。
[0009]
优选地，所述硅胶皮肤层
①
和所述硅胶肌肉
④
，材料均为双组分加成型硅胶，触感和硬度上完全模仿人体皮肤和肌肉的真实触感。
[0010]
优选地，所述背部取穴定位层
②
为人体背部形态塑料壳体，按照人体背部穴位位置制作圆柱型孔洞，上表面与所述硅胶皮肤层
①
贴合， 下部通过螺丝与下壳体
⑫
连接。
[0011]
优选地，所述进针导引腔
③
为圆柱形塑料柱体，可插入背部取穴定位层
②
的圆柱型孔洞内，引导针刺实训的正确行针方向。
[0012]
优选地，所述压力传感器
⑤
为厚度0.1mm的圆形薄膜式压力传感器，上表面与所述进针导引腔
③
贴合，规格尺寸与其下表面相同，所述压力传感器
⑤
下表面与所述传感器定位及电路导引层
⑦
的传感器定位凹槽底面贴合，可精准采集多维力学信息，信息敏感区间为0-10mpa，误差精度小于5%。
[0013]
优选地，所述信号传输电路
⑥
用于传输数据信号和控制信号，一端与所述压力传感器
⑤
连接，另一端与所述集成电路板
⑧
连接。
[0014]
优选地，所述传感器定位及电路导引层
⑦
为塑料材质，用于定位和固定所述压力传感器
⑤
，保护和导引所述信号传输电路
⑥
，上表面与背部取穴定位层
②
贴合固定。
[0015]
优选地，所述集成电路板
⑧
包含电源、信号放大电路、信号耦合电路、控制电路、数据接口，通过螺丝固定在所述下壳体
⑪
上表面。
[0016]
优选地，所述集成电路板
⑧
上安装集成所述主控芯片
⑨
和所述无线数据传输模块
⑩
，通过数据线接口与所述信号传输电路
⑥
连接。
[0017]
优选地，所述主控芯片
⑨
为高效代码尺寸架构无线控制芯片，内部集成计时器，用于本实用新型中所有电子元件的信号控制和所采集数据的信息处理。
[0018]
优选地，所述无线数据传输模块
⑩
为zigbee传输模块，丢帧率低于万分之一，传输距离大于400米，与所述无线数据接收模块
⑫
可实现1对多配对，实现信息数据的无线传输。
[0019]
优选地，所述无线数据接收模块
⑫
另一端通过usb接口与所述计算机
⑭
进行连接。
[0020]
优选地，所述高清光学摄像头
⑬
为双目光学摄像头，分辨率大于720p，用于针刺实训动作的实时捕捉和录制，通过usb与所述计算机
⑭
进行连接。
[0021]
优选地，所述计算机
⑭
内部安装人工智能应用软件，用于对本实用新型使用过程中所产生数据存储、计算和分析评估，与所述显示屏
⑮
通过数据线连接。
[0022]
优选地，所述显示屏
⑮
用于实时显示计算机应用软件界面。
[0023]
根据上述技术方案，本实用新型产生的有益效果是。
[0024]
可模仿真实人体背部外形特征和触感特征，为技能练习者提供与真实环境条件高度仿真的实训条件，消除在背部位置进行针刺技能实训的风险。
[0025]
可对背部针刺技能实训中产生的进针角度、方向、深度等特征信息进行实时采集和精准计算，为准确判断针刺技能掌握水平提供客观依据，为练习者纠正错误提供参考标准。
[0026]
可对针刺实训技能动作进行记录和图形化具象展示，提升练习者对自身练习动作的回顾，增强动作分析的直观性。
[0027]
探索中医针刺技能实训与前沿科学技术的跨领域融合，跨越式提升中医人才培养效率，创新建立规范化、标准化、智能化的中医针刺技能实训模式。
[0028]
附图说明。
[0029]
图1为本实用新型的结构组成示意图。
[0030]
图2为本实用新型的信息传输流程图。
[0031]
图3为本实用新型的实施操作流程图。
具体实施方式
[0032]
以下，将参考附图来详细说明本实用新型的实施例。
[0033]
图1为本实用新型的结构组成示意图，包括硅胶皮肤层
①
、背部取穴定位层
②
、进针导引腔
③
、硅胶肌肉
④
、压力传感器
⑤
、信号传输电路
⑥
、传感器定位及电路导引层
⑦
、集成电路板
⑧
、主控芯片
⑨
、无线数据传输模块
⑩
、下壳体
⑪
、无线数据接收模块
⑫
、高清光学摄像头
⑬
、计算机
⑭
和显示屏
⑮
。其中硅胶皮肤层
①
包裹在背部取穴定位层
②
和下壳体
⑫
外表面；背部取穴定位层
②
为人体背部形态塑料壳体，按照人体背部穴位位置制作圆柱型孔洞，下部通过螺丝与下壳体
⑫
连接；进针导引腔
③
为圆柱形塑料柱体，中间填充硅胶肌肉
④
，插入背部取穴定位层
②
的圆柱型孔洞内，下表面与压力传感器
⑤
贴合；压力传感器
⑤
为厚度0.1mm的圆形薄膜式压力传感器，规格尺寸与进针导引腔
③
下表面形状尺寸相同，压力传感器
⑤
下表面与传感器定位及电路导引层
⑦
的传感器定位凹槽底面贴合，并与信号传输电路
⑥
连接；信号传输电路
⑥
通过传感器定位及电路导引层
⑦
内部的线路导引通道接入集成电路板
⑧
；传感器定位及电路导引层
⑦
为塑料材质，用于定位和固定压力传感器
⑤
，保护和导引信号传输电路
⑥
，上表面与背部取穴定位层
②
贴合固定；集成电路板
⑧
固定在下壳
体
⑪
上表面，内部集成主控芯片
⑨
、无线数据传输模块
⑩
；下壳体
⑪
为平面塑料壳体，与背部取穴定位层
②
下表面形状相同，并通过螺丝与背部取穴定位层
②
固定。无线数据传输模块
⑩
与无线数据接收模块
⑫
通过无线协议连接，无线数据接收模块
⑫
另一端为usb接口与计算机
⑭
连接；高清光学摄像头
⑬
通过自带的usb接口与计算机
⑬
进行连接；力学信息和运动信息通过计算机
⑬
中的应用软件进行存储、计算和分析评估；显示屏
⑭
与计算机
⑬
通过数据线连接。
[0034]
图2为本实用新型信息传输流程图，整个流程包括压力传感器
⑤
、集成电路板
⑧
、主控芯片
⑨
、高清光学摄像头
⑬
、计算机
⑭
和显示屏
⑮
六部分之间的信息传输。其中压力传感器
⑤
，主要用于接收通过集成电路板
⑧
传递的控制信息和采集针刺技能实训产生的力学模拟量信息，并将其通过信号传输电路
⑥
传输到集成电路板
⑧
；集成电路板
⑧
对接收的力学模拟量信息进行信号耦合和信号放大，并通过信号传输电路
⑥
传输至主控芯片
⑨
，同时接收和执行主控芯片
⑨
的控制信息；主控芯片
⑨
主要用于各类信息的融合处理和电子元件的执行控制，并将处理后的力学数字量信息无线传输给计算机用于分析计算，同时无线接收和执行计算机
⑭
的控制信息；高清光学摄像头
⑬
主要用于图形图像的实时采集，接收和执行计算机的控制信息，并将实时图形图像信息通过usb接口传输至计算机
⑭
；计算机
⑭
主要用于各类信息的信息存储、信息处理和数据分析，并控制整个系统的运行，同时通过信号连接线向显示屏
⑮
输出系统展示信息。
[0035]
图3为本实用新型实施操作流程图，整个流程包括环境准备、取穴定位、针刺实训、动作评估、信息展示五部分内容。其中环境准备包括设备条件准备、人员准备、针具准备，设备条件准备主要检查针刺技能实训设备的初始状态是否正常、实训条件是否符合要求，人员准备主要指本实用新型基本操作的培训和实训过程注意事项的讲解，针具准备指选择针刺实训的练习用针；取穴定位主要指实训练习者根据实训要求和目的选择需要针刺的穴位，并在背部模型上进行对应穴位的定位；针刺实训主要指在背部针刺技能实训仿真设备上围绕所取穴位进行进针、行针、起针过程的实操训练；动作评估主要是通过计算机
⑭
中的应用系统进行动作参数的分析评估；数据展示主要指通过本实用新型采集和分析计算得到的针刺力量、角度、方向、深度等实训信息在显示屏
⑭
中的图形化展现，技能练习者可根据信息展示内容，总结自身缺陷，调整针刺手法动作，通过本实用新型不断提升自身针刺技能水平。
[0036]
综上，本实用新型具有以下功能。
[0037]
（1）取穴定位准确性和针刺技能正确性判断。
[0038]
本实用新型在背部模型中按照人体背部实际穴位位置制作有圆柱形孔洞，通过硅胶材料覆盖其上以模仿人体实际触感，下部贴合压力传感器，可精准判断取穴定位的准确度；通过压力传感器、高清光学摄像头和计算机中的应用系统采集分析针刺技能实训的运动信息和力学信息，综合分析评断实训者针刺技能的掌握水平。
[0039]
（2）针刺技能动作评估的标准化研究。
[0040]
本实用新型可动态采集针刺技能动作的力学信息和运动信息，基于信息可借助计算机中的应用系统构建针刺技能动作的评估模型，并通过应用系统中的智能算法优化完善评估模型，实现针刺技能动作评估的标准化数字模型建立，用以辅助针刺技能人才培养，提升针刺技能掌握的规范化水平，完善针刺技能掌握水平的评判标准。
[0041]
（3）中医针刺技能实训方法的拓展。
[0042]
本实用新型可完全替代在真实人体背部进行的针刺技能实训，提供与实际操作接近的真实触感，杜绝了练习中的错误操作带来的损害，拓宽针刺技能实训的练习条件与要求。
[0043]
（4）中医针刺技能实训与前沿科技的跨领域融合实践。
[0044]
本实用新型是一项中医针刺技能实训与前沿科技跨领域的融合实践，该实践的应用可极大拓宽中医技能实训与前沿科技的融合思路，丰富实现手段，提升传统中医技能的实训效果，规范技能掌握的标准化水平。