一种基于婴幼儿模型的交互式训练装置及方法

本发明涉及医疗教学，尤其涉及一种基于婴幼儿模型的交互式训练装置及方法。

背景技术：

1、在医学领域，包括临床、护理等各个专业的课程教学中，都需要了解正常的血液循环过程，并能够区别动脉血和静脉血；在进行医学的教学和科普过程中，需要参与者对于血液循环的方式有一定的认识，普及相关方面知识。但是在实际的教学过程中，血液循环是生理学的一个重点，也是一个难点。目前各所学校在授课时，依然是按照课本中的插图及说明进行讲解，致使该部分知识生涩、抽象，学生难以理解。市场上已经有的专业的血液循环模型大致分为两类：一种是静态pvc模型，可以从形态上显示血液循环系统的结构，但无法动态演示血液循环方向；一种是图片与发光管结合的平面结构模型，可以演示血液循环方向，但不立体，且难以形象展示组织换气与肺换气的过程。

2、而在临床研究中，由于幼儿循环系统的独特性，儿科穿刺更成为穿刺难点之一。

3、幼儿血管具有以下特点：

4、1、幼儿血管的弹力纤维发育不完整，动脉壁比较薄，血管粗，毛细血管丰富；

5、2、幼儿血液循环系统与成人不同，血容量小，有形成分比较低，心率快。

6、因此，操作者在练习婴幼儿的穿刺操作时，需要采用独立设置的婴幼儿模型进行穿刺练习。

7、静态模型如公开号为cn209879952u的中国专利公开的用于儿科教学的儿童手臂静脉穿刺模型，包括手臂模型套，手臂模型套的上表面前后两侧对称设有侧边棱，两个侧边棱的左端之间且在手臂模型套的上表面固定连接有第一弧形棱，两个侧边棱的右端之间且在手臂模型套的上表面固定连接有第二弧形棱，两个侧边棱、第一弧形棱和第二弧形棱之间设有肌肉层。动态模型如公开号为cn108682251a的中国专利公开的一种儿童头皮静脉模型，包括头部模型、支座、支撑杆、俯仰动作驱动装置、晃动动作驱动装置及控制装置，支撑杆一端与头部模型铰接，另一端与支座转动连接，头部模型设有静脉血管网；俯仰动作驱动装置实现头部模型抬头及低头的动作；晃动动作驱动装置实现头部模型转头的动作；控制装置用于控制俯仰动作驱动装置、晃动动作驱动装置。

8、然而，现有技术所涉及的模型具有以下缺点：

9、一般是单独的股静脉、头皮静脉、手臂动脉或手臂静脉穿刺模型，缺乏整体性，致使操作者无法整体、客观地评价血管条件是否适合穿刺，也不利于操作者对其进行人文关怀；

10、皮肤粗糙和婴幼儿的生理特点不符，致使模型无法很好地维护，沦为一次性教学用具；

11、大腿和髋关节连接处僵硬，无法呈现蛙腿卧位暴露股静脉，致使操作者无法在临床上正确判断婴幼儿的股动静脉所在之处，尤其是新生儿需要股静脉穿刺的时候，操作者练习不够，一次性成功率低，增加婴幼儿痛苦的同时浪费医疗耗材；

12、无法展示婴幼儿通过哭闹及四肢活动表达疼痛及情绪的生长发育特征，操作者无法评估婴幼儿是否需要使用约束，也无法体会到真实临床场景中所需要的来自婴幼儿的生理反应刺激及家长的压力。

13、由于现有技术中的模型并未针对临床穿刺时婴幼儿可能会对医护人员穿刺产生阻碍的关键点进行设置，致使现有技术中的模型并不能够使练习的医护人员熟练面对应激下的婴幼儿，更为严重时还可能出现因未及时应对而引起婴幼儿家属的不满的情况。因此，本技术结合临床穿刺时婴幼儿在不同刺激下产生的应激行为提出一种交互式训练装置。

14、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、现有技术已经出现通过交互模型对使用者的操作行为做出相对应的反馈以评价使用者的操作行为的技术方案。例如：公开号为cn111627308a的专利文献公开了一种用于智慧产检的可交互式虚拟仿真练习模型及方法，其中的人体器官模型的各个关键位置设置有压力传感器，并且可以根据人体生理真实情况来通过配套软件设置压力值阈值，使用者在进行实验操作时，虚拟仿真实践模型就会根据使用者的操作做出对应反馈，使使用者获得更加符合真实情况的操作体验，以起到帮助使用者练习操作手法、操作力度的目的。该技术方案虽然能够对使用者的操作进行相应的反馈，然而该反馈是以虚拟的可视化模型进行展示的，无法通过实物模型的具体表现行为进行反馈。进一步地，该技术方案中的反馈类型仅涉及当使用者的操作压力超出标准压力阈值数据时进行报警提示，无法根据使用者不同的操作行为做出不同的模型反馈。基于此，本技术提供了一种基于婴幼儿模型的交互式训练装置，包含处理器和受处理器控制的婴幼儿模型。基于设置于婴幼儿模型内部的感应模块所采集的与操作进程相关的数据，处理器触发婴幼儿模型生成与操作者对婴幼儿模型的操作行为相对应的反应模式。

2、在操作者以婴幼儿模型模拟医疗行为时，基于错误医疗行为的发生，插入出现在错误医疗行为发生的时间点的受错误医疗行为影响而出现的由婴幼儿模型产生的应激反应模式，以干扰程度的差异量化计量操作者的临床行为分值。与上述现有技术相比，本发明中的婴幼儿模型能够对操作者的操作行为进行相对应的反应，并且能够针对操作者对该反应的处置行为进行评价。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何对操作者的具体操作行为进行准确反馈，并对操作者的抚慰行为进行准确评估。具体地，现有技术主要着眼于操作者操作行为的结果进行评价，例如：穿刺操作是否到位，穿刺深度是否合理等。然而现实的情况是，操作者的操作行为将直接影响到患者的反应行为，此类反应行为通过也会反过来影响操作者实施具体的操作行为。对于成年患者来说，此类反应行为通常能够被患者自主控制并克服，但对于年纪较小的患者或者婴幼儿患者来说，此类反应行为通常是无法通过患者自身进行克服的。因此，此种情况下需要操作者采取一定的安抚类操作行为来对患者进行抚慰，以减轻患者的反应行为对操作者的操作行为的影响，此类操作方式是现有技术中的临床医疗人员需要进行针对性的训练之后才能实现良好的实际应用效果，现有技术中缺乏针对此类操作行为进行交互式评价的技术方案。本发明的处理器能够根据操作者的具体操作行为使婴幼儿模型生成相对应的反应模式，操作者进一步根据婴幼儿模型的不同反应模式执行相应的安抚操作，以减轻相应的反应模式对操作者的正常操作行为的影响，通过对上述安抚操作的有效性来对操作者的临床行为进行评价，以便于操作者根据评价结果调整相应的临床行为，以提升的交互式训练的有效性。

3、本技术方案的有益效果：

4、本技术的发明人基于多年儿科临床教学经验，发现现有技术中的用于教学的婴幼儿模型属于静态模型，如图2示出的婴幼儿半身模型，或为了提高检测精度而设置传感器的动态模型，如公开号为cn110264817a的包含静脉给药装置的教学用婴幼儿护理培训模拟装置，其中，静脉给药装置包括位于仿真静脉通路内的静脉湿度传感器。这类模型无法模拟婴幼儿个体在临床过程中的状态，也使得以此模型练习的操作者仅能够练习寻找婴幼儿血管，而忽视了其他影响儿科穿刺成功的因素(尤其是婴幼儿在面临疼痛时多变的状态)，这也导致了操作者即使是使用现有的模型练习熟练后在临床面对真实的儿童患者时依然存在高失败率的穿刺操作。

5、对于会导致穿刺等医疗行为失败的婴幼儿的应激反应，王美香等人在《小儿静脉穿刺失败的原因分析及对策》一文中给出了答案：由于患儿年龄小，静脉穿刺时疼痛使得患儿产生恐惧感，无法理解静脉输液的目的、操作过程等，容易产生抵触的情绪、抵触和不配合治疗的行为，使得穿刺难度加大，导致穿刺失败。

6、基于此，现有技术也尝试采用摇动传感等设备模拟婴幼儿抵抗治疗行为以增加医疗行为练习难度，如公开号为cn108682251a的中国专利公开的一种儿童头皮静脉模型，该模型包括头部模型、支座、支撑杆、俯仰动作驱动装置、晃动动作驱动装置及控制装置，头部模型设有静脉血管网；俯仰动作驱动装置实现头部模型抬头及低头动作；晃动动作驱动装置实现头部模型转头的动作；控制装置用于控制俯仰动作驱动装置、晃动动作驱动装置。然而，区别于上述现有技术所公布的简单摇头设置，本技术方案能够通过区分婴幼儿在面对正确医疗行为和错误医疗行为时的表现状态获得婴幼儿的更真实反应。需知，通过传感器设置的驱动装置会使模型规律性地发生晃动，操作者在长时间的使用过程中，即使是非有意识，也会抓住规律而成功在模型中完成相应的医疗行为。同时，由于模型与操作者并不存在交互行为，操作者也无法掌握在面对不同的婴幼儿应激行为时医疗行为以及有效抚慰行为的主次关系。例如：在股静脉穿刺时，正确穿刺成功后，相较于将重心放在安抚儿童，控制儿童穿刺的腿部不发生晃动以保证穿刺针能够持续在正确的血管中工作更为重要，而在穿刺行为错误时，由于需要进行二次穿刺，抚慰儿童以降低儿童身体晃动的幅度并平息家长着急的心态比二次穿刺的医疗行为更重要。尤其地，在面对婴幼儿的应激反应时，股动脉、股静脉等在婴幼儿身体上的穿刺行为更加难以被进行，这是因为婴幼儿的应激反应大多表现为哭闹、四肢乱动。

7、本技术所涉及的技术方案基于操作者(或医护人员)对婴幼儿模型的实时操作，即时模拟真实中婴幼儿面对穿刺等会让其产生疼痛的行为的反应。尤其地，在操作者出现操作失误而致使婴幼儿的疼痛等级提高时，先期被安抚成功的婴幼儿会发生强度更大的应激反应。在此种情况发生时，经验不丰富的操作者无法及时应对，造成穿刺失败。

8、本技术所涉及的婴幼儿模型于穿刺部位设置相应的传感组件，用于感知操作者的入针角度以及入针位置，在操作者出现穿刺操作失误(例如进针角度过深、进针角度过浅)或出现针头固定不当的问题时，受血管破裂、针刺入肌肉等原因的影响，受处理器控制的婴幼儿模型表现出相应的应激模式，并在检测到相应的安抚操作后生成相应的评估结果。

9、由于实际的穿刺操作中不仅仅需要考虑穿刺手法，还需要考虑影响穿刺过程的婴幼儿安抚手法。这一评估操作也使得本技术所涉及的技术方案有别于过往的穿刺操作检测方法(即穿刺成功合格，穿刺失败不合格)，评估的方法考虑更全面。

10、在穿刺前、中以及后的过程中，控制婴幼儿模型表现婴幼儿应激反应，监测操作者的处理行为并给出考核分数以及训练建议。通过对操作者的穿刺操作行为以及婴幼儿的应激反应处理行为进行考核，一方面提高了考核的准确度；另一方面也减少现有考核结果与实际操作情况的差异。

11、根据一种优选实施方式，处理器被配置为：

12、基于感应模块采集的作用于婴幼儿模型的医疗行为的数据，以预设的医疗行为所对应的疼痛等级分类当前医疗行为所属疼痛等级的方式控制婴幼儿模型生成与之对应的反应模式。与上述现有技术相比，本发明中的婴幼儿模型能够根据操作者具体的操作行为所造成的影响执行相对应的反应行为。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何提高婴幼儿模型的反应行为的准确程度。具体地，婴幼儿模型不同的反应行为将直接影响操作者所采取的具体的安抚操作方式，而婴幼儿模型的不同反应行为需要根据操作者不同的操作行为进行确定。因此，根据不同的医疗行为执行特定的反应模式对于医疗行为的准确评价至关重要。优选地，处理器被配置为：基于操作者的操作行为对婴幼儿模型所采取的具有不同疼痛等级的医疗行为数据，婴幼儿模型响应于与该医疗行为数据相对应的操作者的安抚操作以降低其反应程度的方式量化计量操作者的临床行为分值。例如：当婴幼儿模型上的感应模块检测到与相应的疼痛等级对应的操作者的安抚操作行为数据时，处理器判定此时的操作者执行的安抚操作有效，并随之降低婴幼儿模型的反应程度，以实现对安抚操作行为的准确有效评价。

13、本技术方案的有益效果：

14、相较于现有技术中规律性摆动的婴幼儿应激反应表现，本技术的技术方案能够基于操作过程中对婴幼儿的疼痛等级的提升而升级其相应的应激反应。

15、这一设置方式会使操作者在临床面临婴幼儿不断变化的反应时能够迅速且有根据地安抚婴幼儿，避免照本宣科式的临床教学带来的弊端。

16、同时，由于婴幼儿模型的应激反应是根据疼痛等级而生成的，婴幼儿模型的表现与真实的婴幼儿在面对疼痛时的表现一致，增加了操作者在面临多变情况时的反应速度。

17、如现有技术所示的动静脉穿刺模拟训练装置(公开号为cn219778390u的中国专利)，由于其为成人体，并不适合儿科的穿刺练习，同时，现有技术中的婴幼儿模型即使部分设计为干扰医护人员穿刺的晃动模式，也未考虑临床实际情况中婴幼儿面对不同穿刺情况所产生的反应。本技术所涉及的技术方案通过结合实际影响婴幼儿应激反应的因素来调整婴幼儿模型在不同情境下的应激反应。根据发明人的临床经验，疼痛是直接影响婴幼儿应激反应的因素，也是本技术方案采用疼痛作为调节婴幼儿模型应激反应的依据。

18、具体地，在不同的疼痛等级下，婴幼儿的应激反应不同，例如：三级以下的疼痛仅仅会使得婴幼儿产生不舒适的感觉，而并不会挣扎，这个过程往往发生在穿刺前的消毒过程中；而正确的穿刺行为可能会为婴幼儿带来四级或五级的疼痛，且该疼痛持续时间较短，婴幼儿的应激反应大致呈现哭泣和肢端轻微摆动，对于头部或颈部穿刺影响不大，而对于股骨位置的穿刺，操作者可以手动控制婴幼儿肢端；当穿刺行为出现错误，错误类型为穿刺针头误入肌肉或穿刺致使的血管破裂时，疼痛等级会上升，婴幼儿应激反应中的肢端摆动幅度增大，即使是头部或颈部穿刺也会受到影响，操作者需要优先考虑安抚婴幼儿，例如：使用襁褓包裹婴幼儿；为婴幼儿提供安抚奶头。

19、在面对不同的应激反应时，操作者需要在分清主次操作的情况下减少对婴幼儿的伤害并快速完成穿刺操作。本技术的技术方案能够基于操作者的不同操作行为以其对婴幼儿的疼痛影响生成婴幼儿相应的应激反应，增加了婴幼儿模型模拟婴幼儿面对穿刺等具有疼痛性的医疗行为的反应的真实性。

20、根据一种优选实施方式，在婴幼儿模型基于处理器发送的反应模式生成指令而模拟婴幼儿面对医疗行为的反应时，处理器基于感应模块传送的与操作者的抚慰行为相关的数据生成以下指令中的一种：

21、降低疼痛等级，中止反应模式；

22、降低疼痛等级，以减少和/或降低反应模式在婴幼儿模型上的表现特征；

23、提高疼痛等级，以增加和/或提升反应模式在婴幼儿模型上的表现特征。

24、根据一种优选实施方式，在婴幼儿模型基于处理器发送的应激反应模式生成指令而模拟婴幼儿面对医疗行为的反应时，处理器基于感应模块传送的与操作者的抚慰行为相关的数据生成以下指令中的一种：

25、降低疼痛等级，中止应激反应模式；

26、降低疼痛等级，以减少和/或降低应激反应模式在婴幼儿模型上的表现特征；

27、提高疼痛等级，以增加和/或提升应激反应模式在婴幼儿模型上的表现特征。现有技术已经出现尝试通过模型的穿刺作用力的反馈程度来实现穿刺效果评价的技术方案。例如：公开号为cn108766166a的专利文献公开了一种穿刺虚拟教学训练系统中回缩式力反馈方法及系统。该系统根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，通过控制马达输出力矩控制仿真穿刺针的回缩式反馈输出力的变化。该技术方案虽然能够根据穿刺针刺入皮肤过程的力感变化控制仿真穿刺针穿刺时回缩式反馈输出力的变化，以提高力反馈的真实性，然而该技术方案仅仅是针对穿刺行为进行准确程度的判断，无法在穿刺过程中根据操作者的不同抚慰操作行为做出不同的模型反馈。与上述现有技术相比，本发明中的婴幼儿模型能够对操作者的抚慰操作行为调整相对应的反应。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何对操作者的具体抚慰操作行为进行准确性评估。具体地，如前所述，现有技术中的常规处理方式主要着眼于对穿刺状态的准确评价，并不涉及操作者具体的抚慰操作行为对婴幼儿模型的影响，对于该影响的准确评价将直接决定操作者训练的准确性。

28、本技术方案的有益效果：

29、为了进一步增加婴幼儿模型在面临穿刺等医疗行为时应激反应的真实感，受接收到操作者安抚婴幼儿模型相关检测数据的处理器的控制，应激反应模式在婴幼儿模型上的表现特征会降低、增加、中止或保持。

30、根据一种优选实施方式，出现在错误医疗行为发生的时间点的受错误医疗行为影响而出现的由婴幼儿模型产生的应激反应模式包含主应激反应模式和次应激反应模式，且在错误医疗行为发生时，婴幼儿模型至少表现出主应激反应模式中随机的一种和次应激反应模式中随机的一种。

31、本技术方案的有益效果：

32、主应激反应模式包含影响当前医疗行为的应激反应，次应激反应模式包含不影响当前医疗行为的应激反应。

33、在临床医疗过程中，操作者需要分清婴幼儿应激反应中的各种行为，例如：肢端的剧烈挣扎是影响穿刺等医疗行为正确进行的因素，而哭泣不是。在这个过程中，在进行二次穿刺操作时，操作者需要通过襁褓包裹婴幼儿或通过约束装置固定婴幼儿的肢端，并根据婴幼儿的表现选择是否增加其他安抚行为，而后再进行穿刺操作，以避免婴幼儿的应激反应干扰穿刺。

34、根据一种优选实施方式，操作者的临床行为分值的标准包含以正确医疗行为下的有效抚慰行为以及正确或纠正后正确的医疗行为。优选地，基于婴幼儿模型采集的与操作者处理婴幼儿模型应激行为相关的数据，处理器被配置为：以具有正面抚慰作用的抚慰行为加分、具有负面抚慰作用的抚慰行为减分作为操作者的临床行为分值的标准。

35、有效抚慰行为包含以下行为：

36、医护人员自行定义的预设阈值下的力度抚摸婴幼儿模型设定的部位、为婴幼儿模型提供安抚奶头、以袋鼠包的形式包裹婴幼儿模型或其他医护人员根据临床经验自定义设置的能够使婴幼儿模型通过图像采集、压力检测等方式获取操作标准度的行为。

37、正面抚慰作用的抚慰行为是用于缓解婴幼儿在疼痛下产生的应激反应。负面抚慰作用的抚慰行为会加重婴幼儿在疼痛下产生的应激反应。例如：正面抚慰作用的抚慰行为包含以处于预设阈值内的力度抚摸婴幼儿模型头部或背部、为婴幼儿模型提供安抚奶头等。负面抚慰作用的抚慰行为包含以超出预设阈值的力度抚摸婴幼儿模型头部或背部。

38、本技术方案的有益效果：

39、通过针对操作者的安抚行为和穿刺行为进行打分，得到符合操作者实际能力评价的分值，并且使教学人员能够根据实际的分值对操作者具有缺陷的临床行为进行针对性的培训，避免教学资源的浪费，并提高教学质量(尤其是避免出现医疗人员仅能够针对无反应的人体顺利找到穿刺位置并施针，而面对多变的环境和儿童无法及时应对的情况)。

40、根据一种优选实施方式，婴幼儿模型的内部设置有与血液泵连接的表征为动脉的血管和表征为静脉的血管。

41、本技术方案的有益效果：

42、现有技术中所涉及的模型大多为单独的股静脉、头皮静脉、手臂动静脉穿刺模型，这类模型缺乏整体性，致使操作者无法整体、客观地评价血管条件是否适合穿刺，同时，操作者也无法体会到真实临床场景中所需要的来自婴幼儿的生理反应刺激及家长的压力。

43、通过血液泵向模拟动脉内泵入模拟血液，进行静脉穿刺训练时婴幼儿模型能够模拟真实的动脉搏动，使得模拟穿刺的过程更真实。尤其地，操作者在穿刺时感受到的血管压力能够为操作者提供真实的穿刺操作体感。

44、根据一种优选实施方式，婴幼儿模型的身体以及四肢位置对应设置受处理器控制的且能够使婴幼儿模型的身体以及四肢独立摇动以表示婴幼儿应激反应的电动单元。

45、根据一种优选实施方式，婴幼儿模型的穿刺部位设置为皮肤可更换的可视化区域。

46、本技术提供一种基于婴幼儿模型的交互式训练方法。交互式训练方法包括以下步骤：

47、操作者以婴幼儿模型模拟医疗行为，并计量操作者的临床行为分值，其中，

48、当医疗行为正确时，正确医疗行为下的有效抚慰行为以及医疗行为计入操作者的临床行为分值；

49、当医疗行为错误时，操作者以处于受错误医疗行为影响而出现应激反应模式的婴幼儿模型模拟医疗行为，纠正后正确的医疗行为计入操作者的临床行为分值，且与医疗行为无关的婴幼儿应激反应的正面抚慰行为加分，与医疗行为无关的婴幼儿应激反应的负面抚慰行为减分。

50、根据一种优选实施方式，交互式训练方法包括以下步骤：

51、在操作行为正确的情况下，随机控制婴幼儿模型表现婴幼儿的各类应激反应，以使得操作者能够在婴幼儿的应激反应的过程中提高专注力以及多线任务处理能力；

52、在出现操作失误的情况下，选择与失误行为相关联的方式来控制婴幼儿模型表现对应的应激反应，监测操作者的处理行为并给出处理行为的测试考核分数，在穿刺后提供处理过程的分析意见；

53、在操作行为正确的情况下，对与操作行为无关的婴幼儿应激反应的处理行为进行分析并考核，对具有正向安慰作用的行为加分，对具有负面安慰作用的行为减分。

54、操作行为失误包括动脉选择失误、穿刺角度失误、穿刺深度失误。

55、分析意见包含正确穿刺角度与实际穿刺角度的偏差内容、对婴幼儿的四肢处理方式的(例如按压位置、捆绑位置、安抚时间)偏差内容。

56、优选地，婴幼儿模型为可置换畸形动脉模块的婴幼儿模型，以训练操作者对畸形动静脉的穿刺训练和婴幼儿的应激反应的处理。

57、根据一种优选实施方式，本交互式训练装置能够对操作者的应激反应处理行为进行二次验证，以评估操作者的心理素质和操作能力，并且针对性地训练操作者的操作能力或多线任务处理能力。具体地，在操作者针对婴幼儿模型的应激反应产生具有正面抚慰作用的抚慰行为时，处理器能够在婴幼儿模型模拟医疗行为时基于正确医疗行为的发生插入受过往错误医疗行为影响而出现的由所述婴幼儿模型产生的应激反应模式。优选地，二次验证时的具有正面或负面抚慰作用的抚慰行为的分值低于第一次出现的具有正面或负面抚慰作用的抚慰行为的分值。