(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211029249.6 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 首都医科 大学宣武医院 地址 100053 北京市西城区长 椿街45号 (72)发明人 赵迎　俞洁　关欣　张晓蕾　王军　 (74)专利代理 机构 北京之于行知识产权代理有 限公司 1 1767 专利代理师 吕晓蓉 (51)Int.Cl. G06F 3/01(2006.01) G06T 17/00(2006.01) G06T 19/00(2011.01) G06T 15/00(2011.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/20(2012.01)G09B 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于虚拟训练及考试评分的装置与方 法 (57)摘要 本发明涉及一种基于虚拟训练及考试评分 的装置与方法， 其针对的是训练者在进行静脉注 射等侵入式护理操作时无法进行多种条件下的 反复训练的缺陷。 其包括： 场景模块根据指令生 成参数不同的人体组织的三维虚拟模 型， 并且所 述场景模块在建立位于人体组织内的内基层模 型的同时， 其还能够在内基层表 面上设置隐式网 格； 手持模拟模块， 用于训练者在建立的虚拟场 景下对三维虚拟模型进行训练操作， 并且所述手 持模拟模块能够输出其工作位置的变动数据， 从 而通过交互模块来实现训练者的训练操作与所 述场景模块的三维虚拟模型之间的交互和融合， 进而所述隐式网格能够检测出所述手持模拟模 块与内基层组织之间的碰撞。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 115421594 A 2022.12.02 CN 115421594 A 1.一种基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特 征在于， 包括： 场景模块(1)根据指令生成参数不同的人体组织的三维虚拟模型， 并且所述场景模块 (1)在建立 位于人体组织内的内基层模型的同时， 其还能够 在内基层表面上设置隐式网格； 手持模拟模块(2)， 用于训练者在建立的虚拟场景下利用三维虚拟模型进行训练操作， 并且所述手持模拟模块(2)能够输出其工作位置的变动数据， 从而通过 交互模块(3)来 实现 训练者的训练操作与所述场景模块(1)的三维虚拟模型之间的交互和融合， 进而所述隐式 网格能够检测出 所述手持模拟模块(2)与内基层组织之间的碰撞。 2.如权利要求1所述的基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特征在于， 所述场景模块 (1)和所述交互模块(3)均设置在穿戴模块(4)上， 训练者通过所述穿戴模块(4)来进入 所述 虚拟场景， 并且训练者在虚拟场景下利用所述手持模拟模块(2)进行针对三维虚拟模型 的 穿刺训练； 在所述手持模拟模块(2)与位于所述三维虚拟模型所代表的人体组织的内部的内基层 模型发生碰撞 时， 所述手持模拟模块(2)进入所述内基层模型中而被依附于内基层表面的 隐式网络所捕获， 从而训练者完成单次穿刺训练。 3.如权利要求2所述的基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特征在于， 所述手持模拟模 块(2)还能够采集训练者每一次进行训练操作时的穿刺长度和穿刺角度， 并且利用所述穿 戴模块(4)的视觉单元(41)采集的训练者握持所述手持模拟模块(2)发生的位置变动来对 采集的穿刺长度和穿刺角度进行修正， 从而使所述手持模拟模块(2)在虚拟场景下发生的 位置变动能够与在现实场景 下的位置变动相重合。 4.如权利要求3所述的基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特征在于， 所述场景模块 (1)还能够将所述手持模拟模块(2)在虚拟环境中转化为虚拟医疗用具， 从而训练者能够根 据所述手持模拟模块(2)发出的物理反馈信号改变其手持虚拟 医疗用具的姿势、 角度和运 动状态； 在所述手持模拟模块(2)所代表的虚拟医疗用具刺入内基层组织时， 所述场景模块(1) 通过颜色渲染的方式来表征训练者的训练操作的正确性， 并且在所述手持模拟模块(2)所 代表的虚拟医疗用具的刺入运动未被所述隐式网络所检测到或所述手持模拟模块(2)所代 表的虚拟 医疗用具二次碰撞内基层模型而被所述隐式网络所检测到时， 所述场景模块(1) 利用不同的颜色进行渲染的方式来表征训练者的训练操作的错 误。 5.如权利要求4所述的基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特征在于， 所述场景模块 (1)还能够将在其建立的虚拟场景中所进行的训练操作数据输出至分析模块(5)进行分析 和分类存 储， 其中， 所述分析模块(5)能够根据接收到的训练操作数据对训练者的训练情况进行分析和数 据统计， 从而依据分析 结果来标记训练者需要继续进行训练操作的三维虚拟模型。 6.如权利要求5所述的基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特征在于， 所述场景模块 (1)根据所述分析模块(5)做出的标记结果建立适合该训练者的三 维虚拟模型， 从而使训练 者能够针对自身操作的不足进行强化训练。 7.如权利要求6所述的基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特征在于， 所述穿戴模块 (4)的视觉单元(41)还能够根据预先设定的偏转角度阈值来筛除训练者头部的转动， 从而 利用设定的偏转角度阈值来决定在虚拟场景中的三维虚拟模型是否跟随训练者的头位姿权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115421594 A 2的变动而重建。 8.如权利要求7所述的基于虚拟训练及考试评分的装置， 其特征在于， 所述手持模拟模 块(2)通过在其手持区域的表面设置压力 传感单元(21)来监测训练者在训练操作过程中的 施力情况， 并且根据施力情况以及穿刺结果 来分析训练者进行穿刺操作时的施力方式。 9.一种基于虚拟训练及考试评分的方法， 其特 征在于， 至少包括以下步骤： 根据指令生成参数不同的人体组织的三维虚拟模型， 并且在 建立位于人体组织内的内 基层模型的同时， 在内基层表面上设置隐式网格； 训练者在 建立的虚拟场景下对三维虚拟模型进行训练操作， 并且输出其工作位置的变 动数据， 从而通过交互模块(3)来实现训练者的训练操作与三维虚拟模型之间的交互和融 合， 进而所述隐式网格能够检测出手持模拟模块(2)与内基层组织之间的碰撞。 10.如权利要求9所述的基于虚拟训练及考试评分的方法， 其特征在于， 所述场景模块 (1)和所述交互模块(3)均设置在穿戴模块(4)上， 训练者通过所述穿戴模块(4)来进入 所述 虚拟场景， 并且在虚拟场景下利用所述手持模拟模块(2)进行针对三维虚拟模型的穿刺训 练； 在所述手持模拟模块(2)与位于所述三维虚拟模型所代表的人体组织的内部的内基层 模型发生碰撞 时， 所述手持模拟模块(2)进入所述内基层模型中而被依附于内基层表面的 隐式网络所捕获， 从而训练者完成单次穿刺训练。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115421594 A 3