一种妇科检查虚实结合实训操作评估系统的制作方法

本发明涉及医学教学，具体涉及一种妇科检查虚实结合实训操作评估系统。

背景技术：

1、随着医学实践教学方式的发展，妇科检查实训逐渐由单一实体模型操作向实体模型与三维虚拟仿真相结合的方式发展，受训人员可在妇科检查模型上使用真实阴道窥器完成外阴暴露、窥器插入、姿态调整、两叶张开、宫颈暴露以及后续消毒和采样等模拟操作，并通过虚拟仿真界面观察相应的阴道壁、分泌物及宫颈状态，从而提高妇科检查教学过程的直观性和操作参与度。现有虚实结合实训系统虽然能够将实体器械操作与虚拟检查画面建立一定对应关系，但其评价方式通常更容易围绕最终是否形成宫颈视野、是否完成窥器固定以及是否完成后续采样等操作结果进行判断，而对于阴道窥器从沿阴道后侧壁斜行插入、逐渐旋转摆正、缓慢张开两叶直至完成宫颈暴露这一连续操作过程中各动作之间的先后关系和阶段转换缺乏有效的过程性识别。

2、在实际应用过程中，由于妇科窥器检查并非单一位置到达动作，即使受训人员在前期出现插入方向不当、姿态调整时机不合适或者在尚未完成相应前序操作时提前张开窥器，也可能通过后续反复调整最终重新获得宫颈观察视野，因此仅根据最终操作结果进行评价时，容易使规范连续完成操作的训练过程与经过不规范调整后获得相同最终结果的训练过程得到相近评价，导致评价结果难以充分反映受训人员实际操作过程是否符合妇科检查教学规范，进而削弱虚实结合实训系统对操作顺序、阶段衔接及规范操作能力的区分作用，不利于受训人员及时发现并纠正窥器操作过程中形成的不规范操作习惯。

3、因此，提出一种妇科检查虚实结合实训操作评估系统来解决上述提出的问题。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种妇科检查虚实结合实训操作评估系统，能够有效地解决现有技术中妇科检查虚实结合实训过程中，因阴道窥器插入、旋转及张开动作连续交叠、试探性调整与正式阶段转换难以准确区分而导致实训阶段误识别及操作规范性评价失真的技术问题，达到准确识别窥器操作主导动作的稳定迁移过程、区分阶段内微调与正式阶段转换，并提高妇科检查实训过程评价准确性和教学反馈可靠性的技术目的。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、本发明提供一种妇科检查虚实结合实训操作评估系统，包括：实体操作模块，用于提供妇科检查实体实训环境并承载受训人员的器械操作；

6、操作状态采集模块，用于采集实体器械在实训过程中的操作状态信息；

7、虚拟仿真模块，用于根据所述操作状态信息形成与实体器械操作相对应的虚拟妇科检查状态；

8、阶段识别模块，用于根据连续获得的操作状态信息识别当前实训阶段，并确定相邻实训阶段之间的转换关系；

9、规范评估模块，用于将阶段识别模块形成的实际操作阶段序列与预设标准阶段序列进行比对，以确定操作过程中的阶段偏差；

10、训练反馈模块，用于根据规范评估模块的比对结果生成并显示实训评价信息；

11、其中，所述阶段识别模块被配置为根据相邻操作状态的连续变化确定不同器械动作的趋势特征，并结合前序动作的退出状态、后序动作的接管状态及动作连续性确定阶段转换状态，以区分阶段内调整与正式阶段转换。

12、进一步地，所述实体操作模块包括妇科检查模型、阴道窥器和采样器械，所述妇科检查模型用于模拟外阴、阴道及宫颈所在的操作空间，所述阴道窥器用于执行插入、旋转及两叶张开操作，所述采样器械用于执行宫颈消毒及采样操作；所述操作状态采集模块包括窥器状态采集单元和器械状态采集单元，所述窥器状态采集单元用于获得阴道窥器的插入状态、旋转状态、开合状态及固定状态，所述器械状态采集单元用于获得采样器械的使用状态；所述虚拟仿真模块包括虚拟妇科模型和状态映射单元，所述状态映射单元用于根据实体操作状态驱动虚拟妇科模型产生对应变化。

13、进一步地，所述阶段识别模块包括状态判定单元和阶段转换单元，所述状态判定单元用于根据阴道窥器的操作状态确定当前实训阶段，所述阶段转换单元用于建立相邻实训阶段之间的前后转换关系；所述实训阶段至少包括窥器插入阶段、窥器旋转阶段、窥器张开阶段、宫颈暴露调整阶段、窥器固定阶段和宫颈操作阶段，并在前序阶段未满足转换条件而出现后序阶段动作时保留对应的异常阶段转换信息。

14、进一步地，所述阶段识别模块按照连续采集顺序获得阴道窥器的插入状态、旋转状态和开合状态，并基于当前时刻及其之前连续多个操作状态建立滑动观察窗口；分别根据所述滑动观察窗口内相邻时刻的插入状态变化、旋转状态变化和开合状态变化确定插入趋势强度、旋转趋势强度和张开趋势强度，并利用对应的基准变化尺度获得归一化插入活跃度、归一化旋转活跃度和归一化张开活跃度，以比较不同动作在当前操作过程中的主导程度。

15、进一步地，所述阶段识别模块分别根据滑动观察窗口内插入状态、旋转状态和开合状态的净变化量与累计变化量之间的关系确定插入方向一致性、旋转方向一致性和张开方向一致性；并将所述滑动观察窗口按照采集时序划分为前部窗口和后部窗口，根据前部窗口与后部窗口中前序动作趋势强度的变化确定前序动作收敛程度，根据后序动作活跃度占当前各动作总活跃度的比例确定后序动作接管程度，并结合后序动作的方向一致性形成相邻实训阶段的转换证据。

16、进一步地，所述阶段识别模块设置候选启动阈值和高于候选启动阈值的正式转换阈值，在所述转换证据达到候选启动阈值后进入候选转换状态；在候选转换状态下，根据后序动作连续状态变化量的波动程度确定动作节律稳定度，并根据连续窗口之间转换证据的变化确定证据增长一致度和证据净增长量，以判断阶段转换证据是否持续向正式转换方向发展。

17、进一步地，所述阶段识别模块根据后序动作活跃度与前序动作活跃度之间的相对差异确定主导权分离度，并基于连续多个窗口中的主导权分离度构建历史分离序列；根据所述历史分离序列确定主导权迁移斜率、连续占优率和主导权交叉频度，并根据所述主导权迁移斜率、连续占优率和主导权交叉频度确定稳定迁移系数，再根据所述稳定迁移系数修正主导权分离度，以降低瞬时动作占优对阶段转换判断的影响。

18、进一步地，所述阶段识别模块根据后序动作的节律稳定度、相邻阶段的证据增长一致度以及经稳定迁移系数修正后的主导权分离程度确定转换确定度，并根据所述转换确定度在预设最短确认长度和最长确认长度之间确定自适应确认长度；在转换证据首次达到正式转换阈值时锁定本轮确认长度，并根据锁定确认区间内达到正式转换阈值的窗口数量与全部确认窗口数量的比例确定证据保持率，在所述证据保持率满足预设保持要求且最终窗口满足正式转换条件时确认相邻实训阶段完成转换。

19、一种妇科检查虚实结合实训操作评估系统，所述系统工作流程包括以下步骤：

20、s1、由实体操作模块建立妇科检查实体实训环境，并由虚拟仿真模块加载对应的虚拟妇科模型；

21、s2、受训人员执行阴道窥器插入操作，由操作状态采集模块采集插入状态，虚拟仿真模块同步虚拟观察状态，阶段识别模块识别窥器插入阶段；

22、s3、受训人员调整阴道窥器姿态，操作状态采集模块采集旋转状态，阶段识别模块识别窥器由插入阶段向旋转阶段的转换；

23、s4、受训人员执行窥器张开操作，阶段识别模块根据连续操作状态判断窥器由旋转阶段向张开阶段的转换，并区分阶段内调整与正式阶段转换；

24、s5、根据虚拟妇科模型显示状态调整并固定阴道窥器，阶段识别模块依次识别宫颈暴露调整阶段和窥器固定阶段；

25、s6、执行模拟宫颈消毒及采样，由器械状态采集单元获得采样器械使用状态并形成宫颈操作阶段；

26、s7、规范评估模块将实际操作阶段序列与标准阶段序列进行比对并确定过程偏差；

27、s8、训练反馈模块根据比对结果生成并显示实训评价信息。

28、进一步地，所述规范评估模块包括标准流程单元和过程比对单元，所述标准流程单元用于存储预设标准阶段序列及相邻阶段之间的转换关系，所述过程比对单元用于按照操作发生的时间顺序比较实际操作阶段序列与标准阶段序列，并保留阶段提前、阶段倒退以及前序阶段未完成即进入后序阶段形成的过程偏差信息；所述训练反馈模块包括结果生成单元和反馈显示单元，所述结果生成单元用于根据所述过程偏差信息和最终操作完成状态形成实训评价结果，所述反馈显示单元用于按照实际操作顺序显示各阶段完成状态、偏差发生位置以及阶段衔接信息。

29、有益效果

30、本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

31、本发明通过操作状态采集模块连续获取阴道窥器的插入状态、旋转状态和开合状态，并分别形成插入、旋转及张开动作的趋势强度和归一化活跃度，在此基础上结合前序动作的收敛程度、后序动作的接管程度以及动作方向一致性形成阶段转换证据，使阶段识别不再仅依据某一时刻的插入深度、旋转程度或开合程度进行判断，而是根据前序动作逐渐退出主导与后序动作逐渐接管主导的连续变化过程确定阶段转换。由此，即使受训人员在窥器插入过程中伴随轻微旋转，或者在旋转过程中出现试探性开合，也能够将其作为当前阶段内的辅助调整加以识别，降低短暂动作变化被误认为正式阶段转换的可能，使形成的插入阶段、旋转阶段、张开阶段更加贴近受训人员实际执行的妇科检查操作过程，从而提高实训阶段识别以及后续操作规范性评价的准确性。

32、本方案进一步针对相邻实训阶段之间动作相互重叠的特点，不仅计算当前窗口中后一动作相对于前一动作的主导权分离程度，而且利用连续多个窗口形成主导权分离历史序列，并进一步分析主导权迁移斜率、连续占优情况以及前后动作主导状态的交叉情况，据此形成稳定迁移系数，对当前主导权分离结果进行校正。通过该方式，系统能够进一步区别后一动作在某一时刻突然增强与后一动作经过连续变化后稳定取得主导权两种情况，避免受训人员在插入末期一次幅度较大的旋转或者在旋转过程中一次明显的试探性张开直接提高阶段转换确定程度；只有当后一动作的优势具有连续形成、持续占优且较少发生主导权反复交叉的特征时，才提高其对阶段转换判断的贡献。因此能够减少瞬时动作波动向后续转换确定度和确认时间传播所造成的误差，提高复杂连续操作条件下阶段衔接识别的稳定性。

33、此外，本方案在形成阶段转换证据后，并非采用单一的固定持续时间直接确认阶段转换，而是进一步根据后一动作的节律稳定程度、阶段转换证据的连续增长情况以及经稳定迁移校正后的主导权分离程度形成转换确定度，并利用所述转换确定度在预设的最短确认长度与最长确认长度之间自适应确定本轮阶段转换所需的持续确认长度，同时在正式进入确认过程后锁定该确认长度，并根据确认区间内转换证据的保持情况完成最终阶段确认。由此，对于动作连续、主导权迁移清晰且转换证据稳定的操作过程，可以采用相对较短的确认过程及时识别阶段转换；对于存在停顿、反复调整或者主导动作尚未充分分离的操作过程，则延长观察过程以避免过早确认，从而减少固定确认条件难以适应不同受训人员操作节律的问题，并能够在保证阶段转换识别稳定性的同时保留阶段衔接时间等附加教学信息，为后续规范评估和训练反馈提供更加可靠的过程依据。