一种心肺复苏模拟训练系统及方法与流程

1.本发明涉及医疗教具技术领域，尤其涉及一种心肺复苏模拟训练系统及方法。


背景技术：

2.心肺复苏术简称cpr,是针对骤停的心脏和呼吸采取的救命技术。是为了恢复患者自主呼吸和自主循环。心搏骤停一旦发生，如得不到即刻及时地抢救复苏，4～6min后会造成患者脑和其他人体重要器官组织的不可逆的损害，因此心搏骤停后的心肺复苏cpr必须在现场立即进行，为进一步抢救直至挽回心搏骤停伤病员的生命而赢得最宝贵的时间。
3.如今，急救知识特别是心肺复苏已经纳入高校的教育内容，很多单位和机构也有开展心肺复苏培训的需求。目前，开展心肺复苏培训往往需要专业的急救人员与接收培训的学员面对面演示讲解，并且演示结束后，需要在现场逐一指导学员在模拟人上进行实际操作，如此培训需要占用急救人员的大量的时间，并且这样培训学员受培训时间的限制，往往仅可以进行一两次训练，无法熟练的掌握心肺复苏的具体操作，更无法进行多次练习，掌握标准的按压力度和频率。
4.现有技术中的在线训练学习过程仅仅是简单的观看演示视频，而后学员只能依靠记忆进行操作，如果操作过程中遗忘了操作步骤，只能再次观看演示视频，因此造成学员进行学习和模拟训练的效率低下。
5.现有技术中也出现了一些用于心肺复苏训练的模拟人，但是其交互性较差，学员仅能单向地对模拟人进行心肺复苏的训练操作，而无法获得反馈信息，无法知晓学员操作顺序是否正确、无法知晓学员的操作动作是否符合规范。
6.此外，心肺复苏操作会对消耗操作者的体力产生大量消耗，对于参加心肺复苏模拟训练的学员，其在训练过程中由于多次实施心肺复苏操作，而时常会处于疲劳状态。疲劳状态的学员在实施心肺复苏模拟训练操作时，往往会出现操作动作不规范的情况，因此，疲劳状态会导致对学员操作动作是否符合规范的误判断。


技术实现要素：

7.发明目的：针对以上问题，本发明提出一种心肺复苏模拟训练系统及方法。
8.技术方案：
9.为实现本发明的目的，第一方面，本发明所采用的技术方案是一种心肺复苏模拟训练系统，
10.包括学生客户端、监控主机、训练模拟人、监控装置、服务器、管理客户端；
11.监控主机分别与学生客户端、训练模拟人、监控装置通信连接，服务器分别与监控主机、管理客户端通信连接；学生客户端包括播报提示模块、计时模块；训练模拟人包括内部设置的压力传感器，气体流量传感器；监测主机包括存储模块、人机交互模块、判断分析模块；监控装置可以为监控摄像头；
12.优选的，管理客户端用于将心肺复苏演示视频、心肺复苏操作的步骤顺序、心肺复
苏各个操作步骤的操作规范、心肺复苏各个操作步骤的预设时长上传至服务器进行存储；管理客户端还用于从服务器查询学生训练结果；
13.监控主机用于通过通信传输模块从服务器下载服务器中存储的信息，并将心肺复苏演示视频、心肺复苏操作的步骤顺序、心肺复苏各个操作步骤的操作规范、心肺复苏各个操作步骤的预设时长保存至本地存储模块；通过人机交互模块播放心肺复苏演示视频；监控主机中的判断分析模块用于生成学生的训练结果；监控主机还用于通过通信传输模块将学生模拟训练结果上传至服务器；
14.学生客户端中的播报提示模块用于播放提示信息；学生客户端还用于从监控主机查询学生训练结果。
15.优选的，所述提示信息包括心肺复苏模拟训练的下一步操作步骤、心肺复苏模拟训练的当前操作步骤的操作规范、动作校正信息。
16.优选的，通过训练模拟人内设置的压力传感器监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的按压力度，通过训练模拟人内设置的气体流量传感器监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的吹气流量，通过监控装置监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的操作动作。
17.优选的，判断分析模块基于监控装置监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的操作动作，判断学生的操作动作是否属于不规范操作，所述不规范的操作包括心肺复苏操作步骤顺序错误、按压力度过大、按压力度过小、按压频率过快、按压频率过慢。
18.优选的，学生客户端和管理客户端可以是便携式可穿戴设备。
19.第二方面，本发明还提供了一种心肺复苏模拟训练方法，使用心肺复苏模拟训练系统的训练模块进行训练，包括：
20.s1、进行第一级模拟训练，学生按照学生客户端播报的提示信息进行跟随训练，包括：
21.s11、第一级模拟训练启动；
22.s12、学生客户端播报提示信息，所述提示信息的内容为心肺复苏模拟训练的下一步操作步骤；
23.s13、学生根据学生客户端播报的提示信息开始实施心肺复苏模拟训练的操作步骤，计时模块启动计时；
24.s14、监控装置采集学生的实施的操作动作，发送至监控主机，监控主机分析判断学生当前实施的心肺复苏模拟训练的操作步骤是否与提示信息中的操作步骤一致，若一致，则进入步骤s15；若不一致，则进入步骤s16；
25.s15、监控主机根据学生的实施的操作动作分析判断学生当前实施的心肺复苏模拟训练的当前操作步骤是否完成，若完成，则进入步骤s12进行下一步操作步骤的模拟训练，直至训练完成心肺复苏模拟训练的全部操作步骤；若未完成，则判断当前计时模块计算的时长是否超过当前操作步骤的预设时长，若超过，则进入步骤s16；
26.s16、通过学生客户端再次播报提示心肺复苏模拟训练的当前操作步骤，进入步骤s14；
27.s2、进行预设次数的第一级模拟训练后，进入第一级模拟训练测试，包括：第一级模拟训练测试过程中禁用学生客户端的播报提示模块；通过监控装置采集学生实施的心肺复苏操作流程，发送至监控主机，通过监控主机分析判断学生实施的操作步骤顺序是否完
全正确，若完全正确，则判断第一级模拟训练测试通过，进入步骤s3，否则进入步骤s1重新进行第一级模拟训练；
28.s3、进行第二级模拟训练，学生按照学生客户端播报的提示信息进行单步训练，包括：
29.s31、通过监控主机选择心肺复苏模拟训练的当前操作步骤；
30.s32、学生客户端播报提示信息，所述提示信息的内容为心肺复苏模拟训练的当前操作步骤的操作规范；
31.s33、学生根据提示信息实施心肺复苏模拟训练；
32.s34、通过训练模拟人上设置的压力监测装置实时检测学生操作的按压力度值，通过训练模拟人上设置的流量监测装置实时检测学生操作的吹气流量；数据采集装置按照预设频率采集学生在实施操作过程中的压力值数据和吹气流量数据，并发送至监控主机的单步评测模块；
33.s35、监控主机的单步评测模块根据压力值数据绘制每次按压的压力曲线，监控主机的单步评测模块吹气流量数据绘制每次吹气的吹气量曲线；并将上述压力曲线和上述吹气曲线与预设曲线范围进行对比，若未超出预设曲线范围，则通过当前操作步骤的单步评测；其中预设曲线范围具有最大临界曲线和最小临界曲线，最大临界曲线和最小临界曲线之间的范围为预设曲线范围，当绘制得到的按压压力曲线、吹气量曲线全程位于预设曲线范围内时，则判断未出现错误，通过单步评测；若超出预设曲线范围，则判定学生的该次操作出现错误，通过学生客户端播报提示信息，其中提示为动作校正信息，返回步骤s33；
34.s36、当心肺复苏模拟训练的所有操作步骤均通过单步评测，则进入步骤s4，否则进入步骤s31继续进行单步训练；
35.s4、进行第三级模拟训练，禁用学生客户端的播报提示模块，学生对训练模拟人实施全套心肺复苏模拟训练操作，包括：
36.s41、学生在没有播报提示的情况下对训练模拟人实施多次全套心肺复苏操作；
37.s42、通过监控装置采集学生实施的操作动作；通过训练模拟人上设置的压力监测装置实时检测学生操作的压力值；通过训练模拟人上设置的流量监测装置实时检测学生操作的吹气流量；将操作动作数据、压力值数据、吹气流量数据发送至监控主机的评测模块；将压力值数据发送至监控主机的疲劳检测模块；
38.s43、监控主机的评测模块获取学生实施完毕全套心肺复苏操作过程的全部操作动作数据、压力值数据、吹气流量数据，生成评测结果；学生实施完毕全套心肺复苏操作后，通过监控主机人机交互模块展示评测结果：若出现操作步骤顺序错误，则返回步骤s1；若出现单步操作步骤的操作不规范，则进入步骤s44；若连续多次全套心肺复苏操作均未出现任何错误，则进入步骤s5；
39.s44、疲劳检测模块对压力值数据进行分析，得到学生第i次实施全套心肺复苏操作的平均按压力度f
i
和平均按压频率f
i
，n是学生当前实施的全套心肺复苏操作的次数；计算统计因子：
[0040][0041][0042][0043][0044]
若x
n1
>1.2且x
n2
<0，或者y
n1
>1.2且y
n2
<0，则判断第n次全套心肺复苏操作为疲劳训练，通过监控主机的人机交互模块播报疲劳警示信息，提醒学生休息；
[0045]
否则，判断当前学生未疲劳而操作动作不规范，返回步骤s3进行第二级模拟训练。
[0046]
s5、完成心肺复苏模拟训练。
[0047]
优选的，在步骤s1前，还包括步骤：学生通过监控主机的人机交互模块观看预设次数的心肺复苏演示视频。
[0048]
优选的，教师通过管理客户端设置压力曲线的预设曲线范围以及吹气量曲线的预设曲线范围，并上传至服务器；监控主机通过通信传输模块从服务器中下载压力曲线的预设曲线范围以及吹气量曲线的预设曲线范围。
[0049]
优选的，步骤s1中所述监控主机分析判断学生当前实施的心肺复苏模拟训练的操作步骤是否与提示信息中的操作步骤一致，包括判断分析模块对监控装置采集的视频进行处理，提取动作特征，与提示信息中的操作动作进行相似度比对，从而判断是否一致。
[0050]
优选的，步骤s3中的所述动作校正信息包括：
[0051]
若压力曲线过高，则校正信息为减小按压力；
[0052]
若压力曲线过低，则校正信息为增大按压力；
[0053]
若压力曲线过宽，则校正信息为提高按压频率；
[0054]
若压力曲线过窄，则校正信息为降低按压频率；
[0055]
若吹气量曲线过高，则校正信息为减小吹气力度；
[0056]
若吹气量曲线过低，则校正信息为增大吹气力度。
[0057]
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
[0058]
1、本发明能够自动完成心肺复苏的模拟训练的指导、训练和评测过程，无需专业急救人员一直在现场进行指导和监督，可实现远程指导心肺复苏的模拟训练过程，更利于心肺复苏培训的推广。
[0059]
2、本发明通过多个层级逐级进行心肺复苏的模拟训练，在第一级模拟训练中学生按照学生客户端播报的操作步骤顺序进行跟随训练，在第二级模拟训练中学生按照学生客户端播报的操作步骤的操作规范进行单步训练，在第三级模拟训练中禁用提示模块学生对
训练模拟人实施全套心肺复苏模拟训练操作，符合人类学习认知过程的自然规律，能够使学员更加高效快速地掌握心肺复苏的全套操作。
[0060]
3、本发明通过在训练模拟人中设置传感器、通过监控主机分析判断，对学生实施心肺复苏模拟训练的按压力度、按压频率、吹气量、操作动作进行评测，通过分析处理获取压力曲线和吹气量曲线，并与预设曲线范围进行对比，从而能够准确地判断操作动作是否合格，并且能够根据曲线分析结果生成动作校正信息，从而校正学生动作，提高了模拟培训的交互性。
[0061]
4、本发明能够识别学生的疲劳状态，按压力度和按压频率将均达不到标准要求，属于无用训练，本发明可以防止学生在疲劳状态进行训练，能够区分出操作动作的不合格是否是由于疲劳状态导致的，并能够在检测出疲劳状态时进行提醒，避免无意义的模拟训练操作。
附图说明
[0062]
图1是心肺复苏模拟训练系统结构示意图；
[0063]
图2是心肺复苏模拟训练方法流程图；
[0064]
图3是预设的按压力度曲线和吹起流量曲线示意图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0066]
实施例一：
[0067]
如图1所示，本发明中的心肺复苏模拟训练系统，包括学生客户端、监控主机、训练模拟人、监控装置、服务器、管理客户端；
[0068]
监控主机分别与学生客户端、训练模拟人、监控装置通信连接，服务器分别与监控主机、管理客户端通信连接；学生客户端包括播报提示模块、计时模块；训练模拟人包括内部设置的压力传感器，气体流量传感器；监测主机包括存储模块、人机交互模块、判断分析模块；监控装置可以为监控摄像头；
[0069]
管理客户端用于将心肺复苏演示视频、心肺复苏操作的步骤顺序、心肺复苏各个操作步骤的操作规范、心肺复苏各个操作步骤的预设时长上传至服务器进行存储；管理客户端还用于从服务器查询学生训练结果；
[0070]
监控主机用于通过通信传输模块从服务器下载服务器中存储的信息，并将心肺复苏演示视频、心肺复苏操作的步骤顺序、心肺复苏各个操作步骤的操作规范、心肺复苏各个操作步骤的预设时长保存至本地存储模块；通过人机交互模块播放心肺复苏演示视频；监控主机中的判断分析模块用于生成学生的训练结果；监控主机还用于通过通信传输模块将学生模拟训练结果上传至服务器；
[0071]
学生客户端中的播报提示模块用于播放提示信息；学生客户端还用于从监控主机查询学生训练结果。
[0072]
所述提示信息包括心肺复苏模拟训练的下一步操作步骤、心肺复苏模拟训练的当前操作步骤的操作规范、动作校正信息。
[0073]
通过训练模拟人内设置的压力传感器监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的按
压力度，通过训练模拟人内设置的气体流量传感器监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的吹气流量，通过监控装置监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的操作动作。
[0074]
判断分析模块基于监控装置监测学生实施心肺复苏模拟训练操作的操作动作，判断学生的操作动作是否属于不规范操作，所述不规范的操作包括心肺复苏操作步骤顺序错误、按压力度过大、按压力度过小、按压频率过快、按压频率过慢。
[0075]
学生客户端和管理客户端可以是便携式可穿戴设备。
[0076]
实施例二：
[0077]
如图2所示，本发明中的一种心肺复苏模拟训练方法，包括：
[0078]
s1、进行第一级模拟训练，学生按照学生客户端播报的提示信息进行跟随训练，包括：
[0079]
s11、第一级模拟训练启动；
[0080]
s12、学生客户端播报提示信息，所述提示信息的内容为心肺复苏模拟训练的下一步操作步骤；
[0081]
s13、学生根据学生客户端播报的提示信息开始实施心肺复苏模拟训练的操作步骤，计时模块启动计时；
[0082]
s14、监控装置采集学生的实施的操作动作，发送至监控主机，监控主机分析判断学生当前实施的心肺复苏模拟训练的操作步骤是否与提示信息中的操作步骤一致，若一致，则进入步骤s15；若不一致，则进入步骤s16；
[0083]
s15、监控主机根据学生的实施的操作动作分析判断学生当前实施的心肺复苏模拟训练的当前操作步骤是否完成，若完成，则进入步骤s12进行下一步操作步骤的模拟训练，直至训练完成心肺复苏模拟训练的全部操作步骤；若未完成，则判断当前计时模块计算的时长是否超过当前操作步骤的预设时长，若超过，则进入步骤s16；
[0084]
s16、通过学生客户端再次播报提示心肺复苏模拟训练的当前操作步骤，进入步骤s14；
[0085]
s2、进行预设次数的第一级模拟训练后，进入第一级模拟训练测试，包括：第一级模拟训练测试过程中禁用学生客户端的播报提示模块；通过监控装置采集学生实施的心肺复苏操作流程，发送至监控主机，通过监控主机分析判断学生实施的操作步骤顺序是否完全正确，若完全正确，则判断第一级模拟训练测试通过，进入步骤s3，否则进入步骤s1重新进行第一级模拟训练；
[0086]
s3、进行第二级模拟训练，学生按照学生客户端播报的提示信息进行单步训练，包括：
[0087]
s31、通过监控主机选择心肺复苏模拟训练的当前操作步骤；
[0088]
s32、学生客户端播报提示信息，所述提示信息的内容为心肺复苏模拟训练的当前操作步骤的操作规范；
[0089]
s33、学生根据提示信息实施心肺复苏模拟训练；
[0090]
s34、通过训练模拟人上设置的压力监测装置实时检测学生操作的按压力度值，通过训练模拟人上设置的流量监测装置实时检测学生操作的吹气流量；数据采集装置按照预设频率采集学生在实施操作过程中的压力值数据和吹气流量数据，并发送至监控主机的单步评测模块；
[0091]
s35、监控主机的单步评测模块根据压力值数据绘制每次按压的压力曲线，监控主机的单步评测模块吹气流量数据绘制每次吹气的吹气量曲线；并将上述压力曲线和上述吹气曲线与预设曲线范围进行对比，若未超出预设曲线范围，则通过当前操作步骤的单步评测；其中预设曲线范围具有最大临界曲线和最小临界曲线，最大临界曲线和最小临界曲线之间的范围为预设曲线范围，当绘制得到的按压压力曲线、吹气量曲线全程位于预设曲线范围内时，则判断未出现错误，通过单步评测；若超出预设曲线范围，则判定学生的该次操作出现错误，通过学生客户端播报提示信息，其中提示为动作校正信息，返回步骤s33；
[0092]
如图3所示，其中实线为最大临界曲线和最小临界曲线，虚线为压力曲线和吹气量曲线；当虚线全程在两条实线中的区域时，则判断未出现错误，通过单步评测；否则，判断出现错误，未通过单步评测；
[0093]
s36、当心肺复苏模拟训练的所有操作步骤均通过单步评测，则进入步骤s4，否则进入步骤s31继续进行单步训练；
[0094]
s4、进行第三级模拟训练，禁用学生客户端的播报提示模块，学生对训练模拟人实施全套心肺复苏模拟训练操作，包括：
[0095]
s41、学生在没有播报提示的情况下对训练模拟人实施多次全套心肺复苏操作；
[0096]
s42、通过监控装置采集学生实施的操作动作；通过训练模拟人上设置的压力监测装置实时检测学生操作的压力值；通过训练模拟人上设置的流量监测装置实时检测学生操作的吹气流量；将操作动作数据、压力值数据、吹气流量数据发送至监控主机的评测模块；将压力值数据发送至监控主机的疲劳检测模块；
[0097]
s43、监控主机的评测模块获取学生实施完毕全套心肺复苏操作过程的全部操作动作数据、压力值数据、吹气流量数据，生成评测结果；学生实施完毕全套心肺复苏操作后，通过监控主机人机交互模块展示评测结果：若出现操作步骤顺序错误，则返回步骤s1；若出现单步操作步骤的操作不规范，则进入步骤s44；若连续多次全套心肺复苏操作均未出现任何错误，则进入步骤s5；
[0098]
s44、疲劳检测模块对压力值数据进行分析，得到学生第i次实施全套心肺复苏操作的平均按压力度f
i
和平均按压频率f
i
，n是学生当前实施的全套心肺复苏操作的次数；计算统计因子：
[0099][0100][0101]
[0102][0103]
若x
n1
>1.2且x
n2
<0，或者y
n1
>1.2且y
n2
<0，则判断第n次全套心肺复苏操作为疲劳训练，通过监控主机的人机交互模块播报疲劳警示信息，提醒学生休息；
[0104]
否则，判断当前学生未疲劳而操作动作不规范，返回步骤s3进行第二级模拟训练。
[0105]
s5、完成心肺复苏模拟训练。
[0106]
在步骤s1前，还包括步骤：学生通过监控主机的人机交互模块观看预设次数的心肺复苏演示视频。
[0107]
教师通过管理客户端设置压力曲线的预设曲线范围以及吹气量曲线的预设曲线范围，并上传至服务器；监控主机通过通信传输模块从服务器中下载压力曲线的预设曲线范围以及吹气量曲线的预设曲线范围。
[0108]
步骤s1中所述监控主机分析判断学生当前实施的心肺复苏模拟训练的操作步骤是否与提示信息中的操作步骤一致，包括判断分析模块对监控装置采集的视频进行处理，提取动作特征，与提示信息中的操作动作进行相似度比对，从而判断是否一致。
[0109]
步骤s3中的所述动作校正信息包括：
[0110]
若压力曲线过高，则校正信息为减小按压力度；
[0111]
若压力曲线过低，则校正信息为增大按压力度；
[0112]
若压力曲线过宽，则校正信息为提高按压频率；
[0113]
若压力曲线过窄，则校正信息为降低按压频率；
[0114]
若吹气量曲线过高，则校正信息为减小吹气力度；
[0115]
若吹气量曲线过低，则校正信息为增大吹气力度。
[0116]
学生客户端为智能穿戴设备，学生在进行心肺复苏模拟训练时穿戴学生客户端；学生客户端中设置有状态监测模块，用于采集学生的心率、脉搏，并发送至监控主机；监控主机还可基于学生的心率、脉搏判断学生是否处于疲劳状态。