[go: up one dir, main page]

RU2799123C1 - Method of learning using interaction with physical objects in virtual reality - Google Patents

Method of learning using interaction with physical objects in virtual reality Download PDF

Info

Publication number
RU2799123C1
RU2799123C1 RU2022129358A RU2022129358A RU2799123C1 RU 2799123 C1 RU2799123 C1 RU 2799123C1 RU 2022129358 A RU2022129358 A RU 2022129358A RU 2022129358 A RU2022129358 A RU 2022129358A RU 2799123 C1 RU2799123 C1 RU 2799123C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
user
patient
virtual
virtual reality
examination
Prior art date
Application number
RU2022129358A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Залим Замирович Балкизов
Original Assignee
Залим Замирович Балкизов
Filing date
Publication date
Application filed by Залим Замирович Балкизов filed Critical Залим Замирович Балкизов
Priority to PCT/RU2022/000374 priority Critical patent/WO2024102017A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2799123C1 publication Critical patent/RU2799123C1/en

Links

Abstract

FIELD: computer technology.
SUBSTANCE: present technical solution relates to methods for teaching users the skills of a physical examination to recognize pathologies using a virtual reality simulation system. A method is proposed, which includes the following steps: to a trainee, in real time, in virtual reality glasses, an animated interactive patient is broadcast, which is synchronized along the outlines of the body with a physical mannequin located in close proximity to the trained user, allowing the user in real time to tactilely feel the anatomically reliable body relief and carry out palpation, percussion and auscultation of organs, and the efforts exerted by the user when interacting with the mannequin during palpation, percussion or auscultation are determined using weight sensors and / or magnetic sensors and converted into deformation of the virtual patient's body surface, due to which audio and / or video stream is reproduced in virtual reality glasses in the form of motor, speech and facial reactions of virtual patients to the influence of the trainee, with the possibility of visualizing pathological changes, and the fixed coordinates and pressure forces applied by the user to the mannequin are used by the computer system for automated evaluation of user actions, according to predetermined criteria.
EFFECT: improved learning efficiency.
2 cl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники, в частности, к способам обучения пользователей навыкам физикального обследования для распознавания патологий с использованием симуляционного комплекса виртуальной реальности.The present technical solution relates to the field of computer technology, in particular, to methods for teaching users the skills of a physical examination to recognize pathologies using a virtual reality simulation complex.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Из уровня техники известно решение, выбранное в качестве наиболее близкого аналога, RU 2715148 C1, 25.02.2020. Данное решение относится к области вычислительной техники, а именно к симуляторам с использованием виртуальной реальности. Симулятор включает в себя ПК с машиночитаемым носителем. Он состоит из логической части симулятора и графической трехмерной оболочки, которые подключаются к компьютеру. Он также включает периферийные устройства для навигации в виртуальной среде. Логическая часть в виде программного комплекса включает связанные между собой посредством локального программного интерфейса модуль коммутации и модуль оценки. Коммутационный VR-симулятор спроектирован таким образом, что обучающийся связан двусторонней связью с инструктором и очками виртуальной реальности. В состав очков виртуальной реальности входят: шлем, наушники, микрофон, манипулятор-контроллер, трекеры положения платформа для передвижения. Очки виртуальной реальности имеют двустороннее подключение к программной системе. Он состоит из модуля набора сценариев, модуля редактора сценариев и базового модуля программного ядра. Модуль двигателя состоит из модуля симулятора, модуля переключения, модуля оценки и голосового модуля.From the prior art, the solution chosen as the closest analogue is known, RU 2715148 C1, 25.02.2020. This solution relates to the field of computer technology, namely to simulators using virtual reality. The simulator includes a PC with a machine-readable media. It consists of a logical part of the simulator and a graphical three-dimensional shell that are connected to a computer. It also includes peripherals for navigating the virtual environment. The logical part in the form of a software package includes a switching module and an evaluation module interconnected by means of a local program interface. The switching VR simulator is designed in such a way that the student is connected by two-way communication with the instructor and virtual reality glasses. The composition of virtual reality glasses includes: a helmet, headphones, a microphone, a manipulator-controller, position trackers, a platform for movement. Virtual reality glasses have a two-way connection to the software system. It consists of a script set module, a script editor module, and a core program core module. The engine module consists of a simulator module, a switching module, an evaluation module, and a voice module.

Предлагаемое решение направлено на устранение недостатков современного уровня техники и отличается от известных решений тем, что предложенный способ совмещает преимущества виртуальной реальности и высокореалистичных тактильных симуляторов.The proposed solution is aimed at eliminating the shortcomings of the state of the art and differs from the known solutions in that the proposed method combines the advantages of virtual reality and highly realistic tactile simulators.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное решение, является создание способа обучения пользователей навыкам физикального обследования для распознавания патологий с использованием симуляционного комплекса виртуальной реальности.The technical problem to be solved by the claimed solution is to create a method for teaching users the skills of a physical examination for recognizing pathologies using a virtual reality simulation complex.

Дополнительные варианты реализации настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах изобретения.Additional embodiments of the present invention are presented in dependent claims.

Технический результат заключается в обеспечении безопасного обучения пользователей. Дополнительный технический результат заключается в повышении качества обучения пользователей.The technical result is to ensure safe user training. An additional technical result is to improve the quality of user training.

Заявленные технические результаты достигаются за счет осуществления способа обучения пользователей навыкам физикального обследования для распознавания патологий с использованием симуляционного комплекса виртуальной реальности, включающего этапы, на которых:The claimed technical results are achieved by implementing a method for teaching users the skills of a physical examination to recognize pathologies using a virtual reality simulation complex, including the steps at which:

обучающемуся пользователю в режиме реального времени в очки виртуальной реальности транслируется анимированный интерактивный пациент, синхронизированный по контурам тела с физическим манекеном, располагаемым в непосредственной близости с обучаемым пользователем, позволяющим пользователю, в режиме реального времени, тактильно ощущать анатомически достоверный рельеф тела и проводить пальпацию, перкуссию и аускультацию органов в соответствии с заранее заданными сценариями обследования, причем усилия, оказываемые пользователем при взаимодействии с манекеном при пальпации, перкуссии или аускультации, определяются с помощью датчиков веса и конвертируются в деформацию поверхности тела виртуального пациента, за счет чегоAn animated interactive patient, synchronized along the contours of the body with a physical mannequin, located in close proximity to the trained user, is transmitted to the learning user in real time in virtual reality glasses, allowing the user to tactilely feel the anatomically reliable body relief and perform palpation, percussion in real time and auscultation of organs in accordance with predetermined examination scenarios, and the efforts exerted by the user when interacting with the dummy during palpation, percussion or auscultation are determined using weight sensors and converted into deformation of the virtual patient's body surface, due to which

в очках виртуальной реальности воспроизводится аудио и видео поток в виде двигательных, речевых и мимических реакций виртуальных пациентов на воздействия обучаемого, с возможностью визуализации патологических изменений, причем зафиксированные координаты и усилия давлений, прикладываемые пользователем к манекену, используются вычислительной системой для автоматизированной оценки действий пользователя, согласно заранее заданным критериям.in virtual reality glasses, an audio and video stream is reproduced in the form of motor, speech and facial reactions of virtual patients to the effects of a trainee, with the ability to visualize pathological changes, and the fixed coordinates and pressure forces applied by the user to the mannequin are used by the computer system for automated evaluation of user actions, according to predetermined criteria.

В частном варианте реализации описываемого способа, в число оцениваемых действий могут входить последовательность прохождения точек пальпации, прилагаемые усилия, точность позиционирования рук пользователя относительно тела пациента, постановка диагноза, элементы осмотра и взаимодействия с пациентом и окружением.In a particular embodiment of the described method, the evaluated actions may include the sequence of passing palpation points, the efforts made, the accuracy of the positioning of the user's hands relative to the patient's body, diagnosis, elements of examination and interaction with the patient and the environment.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.In the following detailed description of the implementation of the invention, numerous implementation details are provided to provide a clear understanding of the present invention. However, one skilled in the art will appreciate how the present invention can be used, both with and without these implementation details. In other instances, well-known methods, procedures, and components have not been described in detail so as not to unnecessarily obscure the features of the present invention.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.Furthermore, it will be clear from the foregoing that the invention is not limited to the present implementation. Numerous possible modifications, changes, variations and substitutions that retain the spirit and form of the present invention will be apparent to those skilled in the subject area.

Компьютерные технологии активно используются в образовательном процессе практически по всему миру. Полное погружение в виртуальную реальность и взаимодействие с ее объектами достигается только при использовании специальных устройств. Такие устройства, которые обеспечивают полное погружение в виртуальную реальность и имитируют взаимодействие человека с ней с помощью органов чувств называют системами виртуальной реальности (VR).Computer technologies are actively used in the educational process almost all over the world. Full immersion in virtual reality and interaction with its objects is achieved only when using special devices. Such devices that provide complete immersion in virtual reality and simulate human interaction with it using the senses are called virtual reality (VR) systems.

Важным фактором для повышения уровня погружения в виртуальную среду является возможность интерактивного взаимодействия с элементами окружения и персонажами в виртуальной реальности.An important factor for increasing the level of immersion in the virtual environment is the possibility of interactive interaction with environmental elements and characters in virtual reality.

Использование симуляционных систем обусловлено необходимостью обеспечения безопасности пациентов, путем предоставления запланированной практики и достаточного количества повторений для отработки практических умений обучающимся.The use of simulation systems is due to the need to ensure patient safety by providing planned practice and a sufficient number of repetitions to develop practical skills for students.

Каждая из существующих модальностей симуляции имеет свои ограничения, так технология с использованием симулированных пациентов позволяет отрабатывать коммуникативные навыки, внешне имитировать некоторые заболевания, передавать эмоции, но не позволяет имитировать острые состояния, отрабатывать инвазивные процедуры, а также ограничена невозможностью имитации широкого спектра клинических симптомов.Each of the existing modalities of simulation has its limitations, so the technology using simulated patients allows you to practice communication skills, imitate some diseases externally, convey emotions, but does not allow you to simulate acute conditions, practice invasive procedures, and is also limited by the impossibility of simulating a wide range of clinical symptoms.

Тренажеры для отработки навыков физикального осмотра позволяют имитировать различные клинические находки - пальпаторные, например, объемные образования или увеличенные внутренние органы, изменения пульсации; аускультативные признаки заболеваний - сердечные шумы, легочные хрипы, но в то же время не позволяют имитировать реакцию пациента и, как следствие - ряд симптомов, связанных с болезненностью или рефлекторными движениями при нажатии или постукивании в определенных анатомических областях.Simulators for practicing physical examination skills allow you to simulate various clinical findings - palpation, for example, volumetric formations or enlarged internal organs, changes in pulsation; auscultatory signs of diseases - heart murmurs, pulmonary rales, but at the same time do not allow simulating the patient's reaction and, as a result, a number of symptoms associated with pain or reflex movements when pressed or tapped in certain anatomical areas.

Демонстрация симптомов и возможность отработки навыков физикального осмотра на реальных пациентах затруднена, поскольку запланировать наличие пациентов со всеми необходимыми для освоения симптомами за время клинической ротации студентов невозможно, большинство пациентов отказываются от взаимодействия со студентами, так как испытывают дискомфорт и болевые ощущения при обследовании студентами. У пациентов с острой патологией помимо болевых ощущений повторные обследования студентами могут привести к осложнениям, а также к задержке оказания необходимой экстренной помощи. В то же время для приобретения устойчивых навыков требуется многократное повторение и возможность наблюдения симптомов у различных пациентов.Demonstration of symptoms and the possibility of practicing physical examination skills on real patients is difficult, since it is impossible to plan the presence of patients with all the symptoms necessary for mastering during the clinical rotation of students, most patients refuse to interact with students, as they experience discomfort and pain during examination by students. In patients with acute pathology, in addition to pain, repeated examinations by students can lead to complications, as well as to a delay in the provision of necessary emergency care. At the same time, the acquisition of stable skills requires repeated repetition and the ability to observe symptoms in different patients.

Таким образом приобретение навыков физикального осмотра и распознавания патологий студентами медицинских вузов существенно затруднено, что в дальнейшем влечет некорректную интерпретацию информации, полученной при обследовании пациентов.Thus, the acquisition of the skills of physical examination and recognition of pathologies by students of medical universities is significantly difficult, which subsequently leads to an incorrect interpretation of the information obtained during the examination of patients.

Задача настоящего изобретения заключается в отработке навыков физикального осмотра пациентов и распознавания патологий различных органов и систем.The objective of the present invention is to develop the skills of physical examination of patients and recognition of pathologies of various organs and systems.

Способ обучения основан на визуализации в виртуальной среде различных симптомов при взаимодействии обучающихся с тренажерами и фантомами, имитирующими различные части тела. Благодаря используемым технологиям, обучающийся имеет возможность наблюдения симптомов различных заболеваний, включая болевые ощущения при пальпации, перкуторные и аускультативные изменения. Кроме того, обучающийся не ограничен во времени при выполнении физикального обследования и может многократно повторять исследования. Обучающемуся предлагается возможность визуализации патологии органов при включении режима прозрачности кожных покровов, а также визуальные подсказки, направляющие ход обследования. При этом возможность одновременного восприятия информации через разные каналы - сенсорный и визуальный, позволяет улучшить запоминание информации (Baddeley, 1974, 2007). Мультиплицирующий эффект при одновременном применении различных модальностей лежит в основе Когнитивной теории мультимедийного обучения (Mayer, 1998), учащиеся лучше передают знания, полученные ими в процессе смешанного (многомодального) обучения.The teaching method is based on the visualization of various symptoms in a virtual environment during the interaction of students with simulators and phantoms that imitate various parts of the body. Thanks to the technologies used, the student has the opportunity to observe the symptoms of various diseases, including pain on palpation, percussion and auscultatory changes. In addition, the student is not limited in time when performing a physical examination and can repeat the examination many times. The student is offered the opportunity to visualize the pathology of organs when the skin transparency mode is turned on, as well as visual cues that guide the course of the examination. At the same time, the possibility of simultaneous perception of information through different channels - sensory and visual, improves the memorization of information (Baddeley, 1974, 2007). The multiplier effect with the simultaneous use of different modalities underlies the Cognitive Theory of Multimedia Learning (Mayer, 1998), students better transfer the knowledge they received in the process of blended (multimodal) learning.

Настоящее техническое решение позволяет добиться устойчивого освоения навыков физикального осмотра и распознавания заболеваний.This technical solution makes it possible to achieve sustainable mastery of the skills of physical examination and recognition of diseases.

Предлагаемый способ обучения включают в себя обучение следующим методикам:The proposed method of training includes training in the following methods:

1. Физикальное обследование пациентов с острой абдоминальной патологией;1. Physical examination of patients with acute abdominal pathology;

2. Физикальное обследование пациентов с объемными образованиями в брюшной полости;2. Physical examination of patients with masses in the abdominal cavity;

3. Физикальное обследование пациентов с заболеваниями органов дыхательной системы;3. Physical examination of patients with diseases of the respiratory system;

4. Физикальное обследование пациентов с заболеваниями органов сердечно-сосудистой системы.4. Physical examination of patients with diseases of the cardiovascular system.

За счет предлагаемого технического решения, обучающийся видит окружение, интерактивные предметы, анимированного интерактивного пациента и физически ощущает анатомически достоверный рельеф тела, синхронизированный с визуальной картинкой, что улучшает запоминание информации и ее воспроизведение. Такой подход увеличивает глубину погружения, расширяет возможности взаимодействия, а также позволяет реализовывать системы автоматизированной комплексной объективной оценки действий пользователя.Due to the proposed technical solution, the student sees the environment, interactive objects, an animated interactive patient and physically feels an anatomically reliable body relief synchronized with the visual image, which improves the memorization of information and its reproduction. This approach increases the depth of immersion, expands the possibilities of interaction, and also allows you to implement systems for automated complex objective assessment of user actions.

Для реализации этого подхода используются технологии трекинга головы и рук пользователя, трекинга манекенов и датчики усилия нажатия на поверхность манекена, а также специально созданные алгоритмы для применения данных всех датчиков и контентная составляющая, включающая отрисованную локацию, модели окружения, пациента, анимации его движений и реакций, модели патологических изменений и т.д.To implement this approach, technologies for tracking the user's head and hands, tracking mannequins and sensors for pressing force on the surface of the mannequin are used, as well as specially created algorithms for applying data from all sensors and a content component, including a rendered location, models of the environment, the patient, animation of his movements and reactions. , models of pathological changes, etc.

В процессе обучения автоматически оцениваются все действия пользователя и в конце сессии определяются результаты в виде баллов с подробной расшифровкой. В число оцениваемых действий могут входить последовательность точек пальпации, перкуссии, прилагаемые усилия, точность позиционирования рук пользователя и инструментов относительно тела пациента, постановка диагноза, элементы осмотра и взаимодействия с пациентом и окружением. Таблицы результатов сохраняются и привязываются к учетным записям пользователей.During the learning process, all user actions are automatically evaluated and at the end of the session, the results are determined in the form of points with a detailed transcript. Evaluated actions may include the sequence of palpation points, percussion, applied efforts, the accuracy of positioning of the user's hands and instruments relative to the patient's body, diagnosis, elements of examination and interaction with the patient and the environment. Results tables are saved and linked to user accounts.

1. Физикальное обследование пациентов с острой абдоминальной патологией1. Physical examination of patients with acute abdominal pathology

Способ позволяет с высокой степенью достоверности имитировать различные острые патологии органов брюшной полости. Для каждой патологии разработаны клинические кейсы, содержащие полную и достоверную информацию о пациенте, результатах его исследования и возможных траекториях лечения. Используется фантом - анатомически правильный манекен туловища взрослого человека или ребенка, в зависимости от клинической ситуации. Используется библиотека звуков, характерных для нормального и патологических состояний в соответствии с клиническими кейсами и физической моделью. Каждый звук соответствует определенной точке на теле виртуального пациента и передается непосредственно в шлем виртуальной реальности. Выбор точки аускультации осуществляется прикладыванием имитатора стетоскопа к соответствующим точкам на фантоме.The method allows to simulate various acute pathologies of the abdominal organs with a high degree of reliability. For each pathology, clinical cases have been developed containing complete and reliable information about the patient, the results of his research and possible treatment trajectories. A phantom is used - an anatomically correct mannequin of the torso of an adult or a child, depending on the clinical situation. A library of sounds characteristic of normal and pathological conditions is used in accordance with clinical cases and a physical model. Each sound corresponds to a specific point on the virtual patient's body and is transmitted directly to the virtual reality helmet. The choice of auscultation point is carried out by applying a stethoscope simulator to the corresponding points on the phantom.

Определение точек и силы надавливания осуществляется с помощью системы трекинга положения рук в пространстве и системы трекинга положения манекена, а также датчиков давления, расположенных на платформе, и передается в автоматизированную систему оценки для интерпретации усилия при выполнении пальпации и выставлении баллов за навык. Местоположение применяемого усилия определяется с помощью системы трекинга рук пользователя.Determination of points and force of pressure is carried out using a system for tracking the position of hands in space and a system for tracking the position of a dummy, as well as pressure sensors located on the platform, and is transmitted to an automated evaluation system for interpreting the effort during palpation and scoring for the skill. The location of the applied force is determined using the user's hand tracking system.

Для демонстрации реакции пациента в состояниях, когда в области передней брюшной стенки предусмотрена болезненность различной выраженности, виртуальный пациент демонстрирует боль при пальпации в определенной области. Боль представлена в виде различных вариантов реакции пациента с соответствующими звуками, мимикой и демонстрацией сокращения передней брюшной стенки с подъемом ног и верхней части туловища в ответ на надавливания различной глубины.To demonstrate the patient's response in conditions where pain of varying severity is provided in the region of the anterior abdominal wall, the virtual patient demonstrates pain on palpation in a certain area. Pain is presented in the form of various variants of the patient's reaction with corresponding sounds, facial expressions and demonstration of contraction of the anterior abdominal wall with lifting of the legs and upper body in response to pressure of various depths.

Предусмотрена возможность ведения диалога с помощью диалогового интерфейса. Ответы пациента представлены не только в письменном виде, но и реалистично озвучены для максимального погружения в виртуальную среду.It is possible to conduct a dialogue using the dialogue interface. The patient's answers are presented not only in writing, but also realistically voiced for maximum immersion in the virtual environment.

Способ включает два режима, используемых последовательно - режим обучения и режим оценки. В режиме обучения пользователю доступны визуальные подсказки: размеченные области на теле виртуального пациента доступные для совершения действий (пальпации, перкуссии, аускультации), направление положения рук. В режиме оценки подсказки отсутствуют. Выполняется автоматизированная оценка решения кейса в соответствии с предусмотренными протоколами. Ограничение сессий по времени в зависимости от продолжительности и задач экзамена. Осуществляется автоматическая оценка по 5 обязательным блокам: Опрос, Общий осмотр и объективное обследование, Дополнительные методы обследования, Диагноз и Лечение.The method includes two modes used sequentially - a learning mode and an evaluation mode. In the training mode, the user has access to visual cues: marked areas on the body of a virtual patient available for performing actions (palpation, percussion, auscultation), the direction of the position of the hands. There are no hints in evaluation mode. An automated evaluation of the case solution is performed in accordance with the prescribed protocols. Time limit of sessions depending on the duration and objectives of the exam. An automatic assessment is carried out according to 5 mandatory blocks: Questioning, General examination and objective examination, Additional examination methods, Diagnosis and Treatment.

2. Физикальное обследование пациентов с объемными образованиями в брюшной полости2. Physical examination of patients with masses in the abdominal cavity

Способ позволяет с высокой степенью достоверности имитировать различные патологии органов брюшной полости, сопровождающиеся изменением объема отдельных органов брюшной полости. Для каждой патологии разработаны клинические кейсы, содержащие полную и достоверную информацию о пациенте, результатах его исследования и возможных траекториях лечения. Используется фантом - анатомически правильный имитатор туловища взрослого человека или ребенка, с возможностью установки различных модулей, имитирующих объемные образования в зависимости от клинической ситуации. Используется библиотека звуков, характерных для нормального и патологических состояний в соответствии с клиническими кейсами и физической моделью. Каждый звук соответствует определенной точке на теле виртуального пациента и передается непосредственно в шлем виртуальной реальности. Выбор точки аускультации осуществляется прикладыванием имитатора стетоскопа к соответствующим точкам на фантоме.The method allows to simulate with a high degree of certainty various pathologies of the abdominal organs, accompanied by a change in the volume of individual organs of the abdominal cavity. For each pathology, clinical cases have been developed containing complete and reliable information about the patient, the results of his research and possible treatment trajectories. A phantom is used - an anatomically correct imitator of the torso of an adult or a child, with the possibility of installing various modules that imitate volumetric formations, depending on the clinical situation. A library of sounds characteristic of normal and pathological conditions is used in accordance with clinical cases and a physical model. Each sound corresponds to a specific point on the virtual patient's body and is transmitted directly to the virtual reality helmet. The choice of auscultation point is carried out by applying a stethoscope simulator to the corresponding points on the phantom.

Определение точек и силы надавливания осуществляется с помощью системы трекинга положения рук в пространстве и системы трекинга положения манекена, а также датчиков давления, расположенных на платформе, и передается в автоматизированную систему оценки для интерпретации усилия и выявления патологических образований при выполнении пальпации и выставлении баллов за отрабатываемый навык.Determination of pressure points and force is carried out using a system for tracking the position of hands in space and a system for tracking the position of a dummy, as well as pressure sensors located on the platform, and is transmitted to an automated assessment system for interpreting the effort and identifying pathological formations during palpation and scoring for the practiced skill.

Для демонстрации реакции пациента в состояниях, когда в области передней брюшной стенки предусмотрена болезненность различной выраженности, виртуальный пациент демонстрирует боль при пальпации в определенной области. Боль представлена в виде различных вариантов реакции пациента, сопровождающихся звуками и демонстрации сокращения передней брюшной стенки с подъемом ног и верхней части туловища в ответ на надавливания различной глубины.To demonstrate the patient's response in conditions where pain of varying severity is provided in the region of the anterior abdominal wall, the virtual patient demonstrates pain on palpation in a certain area. The pain is presented in the form of various variants of the patient's reaction, accompanied by sounds and demonstration of contraction of the anterior abdominal wall with lifting of the legs and upper body in response to pressure of various depths.

Предусмотрена возможность ведения диалога с помощью диалогового интерфейса. Ответы пациента представлены не только в письменном виде, но и реалистично озвучены для максимального погружения в виртуальную среду.It is possible to conduct a dialogue using the dialogue interface. The patient's answers are presented not only in writing, but also realistically voiced for maximum immersion in the virtual environment.

Способ включает два режима, используемых последовательно - режим обучения и режим оценки. В режиме обучения пользователю доступна визуализация внутренних органов с соответствующими патологическими изменениями. При выполнении пальпации органы могут изменять свою форму, что визуализируется в очках виртуальной реальности. Доступны визуальные подсказки: размеченные области на теле виртуального пациента доступные для совершения действий (пальпации, перкуссии, аускультации), направление положения рук. В режиме оценки подсказки отсутствуют. Выполняется автоматизированная оценка решения кейса в соответствии с предусмотренными протоколами. Ограничение сессий по времени в зависимости от продолжительности и задач экзамена. Осуществляется автоматическая оценка по 5 обязательным блокам: Опрос, Общий осмотр и объективное обследование, Дополнительные методы обследования, Диагноз и Лечение;The method includes two modes used sequentially - a learning mode and an evaluation mode. In the training mode, the user can visualize the internal organs with the corresponding pathological changes. When performing palpation, the organs can change their shape, which is visualized in virtual reality glasses. Visual cues are available: marked areas on the body of a virtual patient available for performing actions (palpation, percussion, auscultation), the direction of the position of the hands. There are no hints in evaluation mode. An automated evaluation of the case solution is performed in accordance with the prescribed protocols. Time limit of sessions depending on the duration and objectives of the exam. An automatic assessment is carried out according to 5 mandatory blocks: Questioning, General examination and objective examination, Additional examination methods, Diagnosis and Treatment;

3. Физикальное обследование пациентов с заболеваниями органов дыхательной системы3. Physical examination of patients with diseases of the respiratory system

Способ позволяет с высокой степенью достоверности имитировать различные патологии органов дыхательной системы. Для каждой патологии разработаны клинические кейсы, содержащие полную и достоверную информацию о пациенте, результатах его исследования и возможных траекториях лечения. Используется фантом - анатомически правильная имитация верхней части тела взрослого человека или ребенка зафиксированный в вертикальном положении. Используется библиотека звуков, характерных для нормального и патологических состояний в соответствии с клиническими кейсами и физической моделью. Каждый звук соответствует определенной точке на теле виртуального пациента и передается непосредственно в шлем виртуальной реальности. Выбор точки аускультации осуществляется прикладыванием имитатора стетоскопа к соответствующим точкам на фантоме.The method allows to simulate various pathologies of the organs of the respiratory system with a high degree of reliability. For each pathology, clinical cases have been developed containing complete and reliable information about the patient, the results of his research and possible treatment trajectories. A phantom is used - an anatomically correct imitation of the upper body of an adult or a child, fixed in an upright position. A library of sounds characteristic of normal and pathological conditions is used in accordance with clinical cases and a physical model. Each sound corresponds to a specific point on the virtual patient's body and is transmitted directly to the virtual reality helmet. The choice of auscultation point is carried out by applying a stethoscope simulator to the corresponding points on the phantom.

Определение выбранных точек аускультации осуществляется с помощью системы трекинга положения рук в пространстве и системы трекинга положения манекена, и передается в автоматизированную систему оценки для интерпретации полноты обследования и выявления патологических образований при выполнении аускультации и выставлении баллов за навык.The determination of the selected auscultation points is carried out using the tracking system for the position of the hands in space and the tracking system for the position of the dummy, and is transmitted to the automated assessment system for interpreting the completeness of the examination and identifying pathological formations during auscultation and scoring for the skill.

Предусмотрена возможность ведения диалога с помощью диалогового интерфейса. Ответы пациента представлены не только в текстовом виде, но и реалистично озвучены для максимального погружения в виртуальную среду.It is possible to conduct a dialogue using the dialogue interface. The patient's responses are presented not only in text form, but also realistically voiced for maximum immersion in the virtual environment.

Способ включает два режима, используемых последовательно - режим обучения и режим оценки. В режиме обучения пользователю доступна визуализация органов дыхательной системы с соответствующими патологическими изменениями. Доступны визуальные подсказки: области на теле виртуального пациента доступные для совершения действий (пальпации, перкуссии, аускультации), направление положения рук, положения стетоскопа. В режиме оценки подсказки отсутствуют. Выполняется автоматизированная оценка решения кейса в соответствии с предусмотренными протоколами. Ограничение сессий по времени в зависимости от продолжительности и задач экзамена. Осуществляется автоматическая оценка по 5 обязательным блокам: Опрос, Общий осмотр и объективное обследование, Дополнительные методы обследования, Диагноз и Лечение.The method includes two modes used sequentially - a learning mode and an evaluation mode. In the training mode, the user can visualize the organs of the respiratory system with the corresponding pathological changes. Visual cues are available: areas on the body of a virtual patient available for performing actions (palpation, percussion, auscultation), the direction of the position of the hands, the position of the stethoscope. There are no hints in evaluation mode. An automated evaluation of the case solution is performed in accordance with the prescribed protocols. Time limit of sessions depending on the duration and objectives of the exam. An automatic assessment is carried out according to 5 mandatory blocks: Questioning, General examination and objective examination, Additional examination methods, Diagnosis and Treatment.

4. Физикальное обследование пациентов с заболеваниями органов сердечно-сосудистой системы4. Physical examination of patients with diseases of the cardiovascular system

Способ позволяет с высокой степенью достоверности имитировать различные патологии органов сердечно-сосудистой системы. Для каждой патологии разработаны клинические кейсы, содержащие полную и достоверную информацию о пациенте, результатах его исследования и возможных траекториях лечения. Используется фантом - анатомически правильная имитация тела взрослого человека, лежащего на спине - широко распространенная модель симулятора кардиологического пациента, наиболее полно и достоверно имитирующего симптомы различных сердечно-сосудистых патологий - Harvey. Используется библиотека симптомов, характерных для нормального и патологических состояний в соответствии с клиническими кейсами и физической моделью, включающая патологические изменения звуков, пульсации в различных точках, смещение сердечного толчка. Каждый звук соответствует определенной точке на теле виртуального пациента и передается непосредственно в имитатор стетоскопа. Выбор точки аускультации осуществляется прикладыванием имитатора стетоскопа к соответствующим точкам на фантоме.The method allows to simulate various pathologies of the organs of the cardiovascular system with a high degree of reliability. For each pathology, clinical cases have been developed containing complete and reliable information about the patient, the results of his research and possible treatment trajectories. A phantom is used - an anatomically correct imitation of the body of an adult lying on his back - a widespread model of a cardiac patient simulator that most fully and reliably simulates the symptoms of various cardiovascular pathologies - Harvey. A library of symptoms characteristic of normal and pathological conditions is used in accordance with clinical cases and a physical model, including pathological changes in sounds, pulsations at various points, displacement of the heart impulse. Each sound corresponds to a specific point on the virtual patient's body and is transmitted directly to the stethoscope simulator. The choice of auscultation point is carried out by applying a stethoscope simulator to the corresponding points on the phantom.

Определение выбранных областей пальпации грудной клетки, точек пульсации и аускультации осуществляется с помощью системы трекинга положения рук в пространстве и системы магнитного трекинга, встроенной в манекен, и передается в автоматизированную систему оценки для интерпретации полноты обследования и выявления патологических образований при выполнении аускультации и выставлении баллов за отрабатываемый навык.The determination of the selected areas of chest palpation, pulsation and auscultation points is carried out using a tracking system for the position of the hands in space and a magnetic tracking system built into the dummy, and is transmitted to an automated assessment system for interpreting the completeness of the examination and identifying pathological formations during auscultation and scoring for practiced skill.

Предусмотрена возможность ведения диалога с помощью диалогового интерфейса. Ответы пациента представлены не только в текстовом виде, но и реалистично озвучены для максимального погружения в виртуальную среду.It is possible to conduct a dialogue using the dialogue interface. The patient's responses are presented not only in text form, but also realistically voiced for maximum immersion in the virtual environment.

Для всех указанных методик разработана уникальная программно-аппаратная часть, сочетающая физическую модель пациента и синхронизированную с ней виртуальную. Разработанный контент клинически достоверен и позволяет проводить как обучение, так и автоматическую оценку мануальных и клинических навыков, что повышает объективность оценки и снижает нагрузку на преподавателя.For all these methods, a unique software and hardware part has been developed that combines the physical model of the patient and the virtual one synchronized with it. The developed content is clinically reliable and allows for both training and automatic assessment of manual and clinical skills, which increases the objectivity of the assessment and reduces the burden on the teacher.

Симулятор для физикального обследования пациентов с острой абдоминальной патологией и пациентов с объемными образованиями в брюшной полости с высокой степенью достоверности позволяет имитировать более 60 клинических ситуаций, включающих норму и различные патологии органов брюшной полости. Сценарии зависят от физической модели, которая в данный момент установлена в манекене для повышения реалистичности виртуальной модели. Физическая конфигурация манекена перед запуском сессии задается через специальный пользовательский интерфейс.The simulator for physical examination of patients with acute abdominal pathology and patients with volumetric formations in the abdominal cavity with a high degree of reliability allows you to simulate more than 60 clinical situations, including the norm and various pathologies of the abdominal organs. The scenarios depend on the physical model that is currently installed in the manikin to increase the realism of the virtual model. The physical configuration of the mannequin before starting the session is set through a special user interface.

Для управления физическим имитатором диафрагмы, применяется шаговый двигатель, закрепленный на рукоятке привода диафрагмы на манекене, и электронная схема управления, подключенная вычислительному центру. Симуляционная программа имеет возможность в определенные моменты симуляции подавать управляющие команды на привод для приведения в движение имитатора диафрагмы. При этом визуальный контент симулятора синхронизирован с состоянием привода.To control the physical diaphragm simulator, a stepper motor is used, mounted on the diaphragm drive handle on the dummy, and an electronic control circuit connected to the computer center. The simulation program has the ability at certain moments of the simulation to give control commands to the drive to set the diaphragm simulator in motion. At the same time, the visual content of the simulator is synchronized with the state of the drive.

Платформа-база (ложемент) должна включать, по меньшей мере, 4 датчика давления (усилия) для определения степени надавливания и электронный контроллер для считывания, обработки и передачи данных с датчиков.The base platform (lodge) must include at least 4 pressure sensors (forces) to determine the degree of pressure and an electronic controller for reading, processing and transmitting data from the sensors.

Ложемент для манекена содержит интегрированные тензорезистивные датчики и плату управления.The dummy cradle contains integrated strain-resistive sensors and a control board.

Структура блока управления:Control unit structure:

1. Микроконтроллер;1. Microcontroller;

2. Драйвер шагового двигателя;2. Stepper motor driver;

3. Система питания;3. Power system;

4. Аналого-цифровые преобразователи мостового типа для тензорезистивных датчиков.4. Bridge-type analog-to-digital converters for strain-resistive sensors.

Функционал блока управления:Functionality of the control unit:

1. Усиление, считывание и оцифровка аналоговых сигналов четырех тензорезистивных датчиков.1. Amplification, reading and digitization of analog signals of four strain-resistive sensors.

2. Преобразование напряжения и управление шаговым мотором привода диафрагмы, закрепленном на манекене.2. Voltage conversion and control of the diaphragm drive stepper motor mounted on the dummy.

3. Обмен данными с компьютером через USB интерфейс (передача усилий на датчиках, получение команд на управление приводом).3. Data exchange with a computer via the USB interface (transmission of forces on sensors, receiving commands to control the drive).

Аппаратная часть, посредством которой реализуется предлагаемое техническое решение, может быть реализована с помощью следующих конкретных технических элементов:The hardware part, through which the proposed technical solution is implemented, can be implemented using the following specific technical elements:

• Манекен для абдоминального обследования пациента с интегрированным приводом дыхания, без изменений в брюшной полости (для сохранения тактильной достоверности);• Manikin for abdominal examination of a patient with an integrated breath drive, without changes in the abdominal cavity (to maintain tactile authenticity);

• Очки виртуальной реальности Oculus Quest;• Points of virtual reality Oculus Quest;

• Вычислительный центр (вычислительное устройство, способное осуществлять необходимую обработку данных, например, игровой компьютер с беспроводным передатчиком видеосигнала и монитором);• Computing center (a computing device capable of performing the necessary data processing, for example, a gaming computer with a wireless video transmitter and monitor);

• Шаговый мотор, электронный блок управления, и ременная передача на вал диафрагмы.• Stepper motor, electronic control unit, and belt drive to the diaphragm shaft.

Один из примеров работы предлагаемого технического решения.One of the examples of the work of the proposed technical solution.

• Привод, установленный на манекене, вращает штатный вал, имитируя дыхание пациента.• The actuator mounted on the dummy rotates the standard shaft, simulating the patient's breathing.

• Манекен устанавливается на платформу-базу (ложемент), оснащенную высокочувствительными датчиками усилия и упором, повторяющим форму манекена с боковой стороны для снятия нагрузки с датчиков при проведении двуручных пальпаций.• The dummy is mounted on a platform-base (lodgement) equipped with highly sensitive force sensors and an emphasis that repeats the shape of the dummy from the side to relieve the load from the sensors during two-handed palpations.

• Платформа-база подключается к вычислительному центру (например, к игровому компьютеру) через интерфейс USB и в реальном времени передает данные о положении рук пользователя и показаниях датчиков усилия.• The base platform is connected to a computing center (for example, to a gaming computer) via a USB interface and transmits real-time data on the position of the user's hands and the readings of the force sensors.

• Обучающийся пользователь в VR очках видит лежащего пациента, видит свои руки в области около пациента и может выполнять пальпацию в соответствии со сценарием. Усилия нажатия при пальпации, определенные с помощью датчиков, конвертируются в деформацию поверхности тела виртуального пациента и используются системой автоматизированной оценки.• A student wearing VR glasses sees the patient lying down, sees his hands in the area around the patient and can perform palpation according to the scenario. The pressing forces during palpation, determined using sensors, are converted into deformation of the surface of the virtual patient's body and used by the automated evaluation system.

• Внутри виртуальной локации присутствуют интерфейсы для взаимодействия с виртуальным пациентом.• Inside the virtual location there are interfaces for interacting with a virtual patient.

• Внутри виртуальной локации возможно включение режима визуализации внутренних органов пациента.• Inside the virtual location it is possible to enable the mode of visualization of the internal organs of the patient.

Симулятор, посредством которого реализуется предлагаемое техническое решение, содержит библиотеку звуков, характерных для нормального и патологических состояний в соответствии с клиническими кейсами и физической моделью. Каждый звук соответствует определенной точке на теле виртуального пациента.The simulator, through which the proposed technical solution is implemented, contains a library of sounds characteristic of normal and pathological conditions in accordance with clinical cases and a physical model. Each sound corresponds to a specific point on the virtual patient's body.

Детекция степени надавливания осуществляется с помощью датчиков давления, расположенных на платформе, и передается в автоматизированную систему оценки для интерпретации усилия при выполнении пальпации и выставлении баллов за навык. Местоположение применяемого усилия определяется с помощью системы трекинга рук пользователя.The detection of the degree of pressure is carried out using pressure sensors located on the platform and transmitted to an automated evaluation system for interpreting the effort during palpation and scoring the skill. The location of the applied force is determined using the user's hand tracking system.

Детекция места надавливания осуществляется с помощью системы трекинга положения рук в пространстве и системы трекинга положения манекена. Данные передаются в автоматизированную систему оценки для интерпретации места, площади и вектора давления при выполнении пальпации и выставлении баллов за навык.Detection of the place of pressure is carried out using a system for tracking the position of hands in space and a system for tracking the position of the dummy. The data is fed into an automated scoring system to interpret the location, area, and pressure vector for palpation and skill scoring.

Детекция положения рук осуществляется с помощью системы оптического трекинга положения рук в пространстве на базе стереоскопических камер, установленных на шлеме виртуальной реальности. Данные передаются в автоматизированную систему оценки для положения рук в пространстве при выполнении пальпации и выставлении баллов за навык.Detection of the position of the hands is carried out using an optical tracking system of the position of the hands in space based on stereoscopic cameras mounted on a virtual reality helmet. The data is transferred to an automated assessment system for the position of the hands in space during palpation and scoring for the skill.

Симуляция физики реакции внутренних органов на давление. Данные о местоположении и силе давления на поверхность живота используются для деформации и смещения моделей внутренних органов виртуального пациента в режиме визуализации внутренних органов (прозрачный живот).Simulation of the physics of the reaction of internal organs to pressure. Data on the location and force of pressure on the surface of the abdomen is used to deform and displace the models of the internal organs of a virtual patient in the imaging mode of the internal organs (transparent abdomen).

Помимо физической симуляции в виртуальном окружении, для каждого случая (сценария) разработаны клинические кейсы, содержащие полную и достоверную информацию о пациенте, результатах его исследования, вариантах осмотра и постановки диагноза.In addition to physical simulation in a virtual environment, clinical cases have been developed for each case (scenario) containing complete and reliable information about the patient, the results of his examination, examination options and diagnosis.

Симуляция боли у пациента. Для демонстрации обратной связи от пациента и проявления эмпатии при обследовании, в состояниях, когда в области передней брюшной стенки предусмотрена болезненность различной степени, виртуальный пациент демонстрирует боль при пальпации в определенной области. Боль представлена в виде различных вариантов звуков пациента, изменения мимики и демонстрации сокращения передней брюшной стенки в ответ на надавливание различной степени глубины.Simulation of pain in the patient. To demonstrate patient feedback and empathy during examination, in conditions where pain of varying degrees is provided in the anterior abdominal wall, the virtual patient demonstrates pain on palpation in a certain area. The pain is presented in the form of various variants of the patient's sounds, changes in facial expressions and demonstration of contraction of the anterior abdominal wall in response to pressure of varying degrees of depth.

Комплексная автоматизированная система оценки. Система представляет собой сбор информации от датчиков физического взаимодействия, пространственной ориентации и действий обучающегося в виртуальной среде. На основании национальных руководств в систему оценки заложен алгоритм эталонного выполнения задания. Предусмотрено ранжирование действий и бездействия обучающегося по степени важности и степени правильности решения клинического кейса.Integrated automated evaluation system. The system is a collection of information from sensors of physical interaction, spatial orientation and actions of the student in a virtual environment. Based on national guidelines, the assessment system contains an algorithm for the reference performance of the task. The ranking of actions and inactions of the student according to the degree of importance and the degree of correctness of the decision of the clinical case is provided.

Пальпаторные анатомические ориентиры. Физическая часть, используемая для моделирования патологий органов брюшной полости, широко представлена в США, Европе и Азии. В качестве симуляции физической части может использоваться тренажер для моделирования патологий органов брюшной полости компании Limbs & Things как самый реалистичный, широко распространенный и прошедший валидацию в ведущих медицинских школах США, Европы и Азии, манекен от KyotoKagaku или любой другое изделие соответствующее заданным требованиям.Palpation anatomical landmarks. The physical part used to model the pathologies of the abdominal organs is widely represented in the USA, Europe and Asia. As a simulation of the physical part, the Limbs & Things abdominal pathology simulator as the most realistic, widely used and validated in leading medical schools in the USA, Europe and Asia, the Kyoto Kagaku mannequin or any other product that meets the specified requirements can be used as a simulation of the physical part.

Вербальное взаимодействие с пациентом. Предусмотрена возможность ведения диалога с помощью диалогового интерфейса. Ответы пациента не только представлены в письменном виде, но и реалистично озвучены для максимального погружения в виртуальную среду.Verbal interaction with the patient. It is possible to conduct a dialogue using the dialogue interface. The patient's responses are not only presented in writing, but also realistically voiced for maximum immersion in the virtual environment.

Наличие режимов обучение/экзамен.Availability of study/exam modes.

В режиме обучения пользователю доступны визуальные подсказки: размеченные области на теле виртуального пациента для совершения действий (пальпации, перкуссии, аускультации), указатель направления положения рук. В режиме экзамена подсказки отсутствуют. Выполняется автоматизированная оценка решения кейса в соответствии с предусмотренными протоколами. Ограничение сессий по времени в зависимости от продолжительности и задач экзамена.In the training mode, the user has access to visual cues: marked areas on the body of a virtual patient for performing actions (palpation, percussion, auscultation), an indicator of the direction of the position of the hands. There are no hints in exam mode. An automated evaluation of the case solution is performed in accordance with the prescribed protocols. Time limit of sessions depending on the duration and objectives of the exam.

Система автоматизированной комплексной объективной оценки в ходе симуляционной сессии (по принципам ОСКЭ):Automated complex objective assessment system during the simulation session (according to the OSKE principles):

Осуществляется автоматическая оценка по 5 обязательным блокам:Automatic assessment is carried out for 5 mandatory blocks:

Опрос;Survey;

Общий осмотр и объективное обследование;General examination and objective examination;

Дополнительные методы обследования;Additional examination methods;

Диагноз;Diagnosis;

Лечение.Treatment.

Предлагаемое техническое решение также реализуется посредством:The proposed technical solution is also implemented through:

Интерфейса корректировки данных для соответствия актуальным рекомендациям локального министерства здравоохранения;Data correction interface to comply with current recommendations of the local Ministry of Health;

Интерфейса оперативной корректировки параметров оценки в зависимости от учебных целей и клинических рекомендаций;Interface for prompt adjustment of assessment parameters depending on educational goals and clinical recommendations;

Облачной базы данных, содержащей перечень препаратов, интерпретации результатов обследований, правильные последовательности действий обучающегося;Cloud database containing a list of drugs, interpretation of examination results, the correct sequence of actions of the student;

Отслеживания каждого действия и бездействия обучающегося для определения финального результата.Tracking each action and inaction of the student to determine the final result.

Визуализация внутренних органов при пальпации. В режиме обучения доступна визуализация внутренних органов. При выполнении пальпации органы могут изменять свою форму, что визуализируется в очках виртуальной реальности.Visualization of internal organs during palpation. In training mode, visualization of internal organs is available. When performing palpation, the organs can change their shape, which is visualized in virtual reality glasses.

Визуализация обстановки смотрового кабинета. Выполнение осмотра и решение клинического кейса осуществляется в виртуальной среде (без использования физических предметов антуража), имитирующей реальный смотровой кабинет.Visualization of the situation of the examination room. The examination and the solution of the clinical case are carried out in a virtual environment (without the use of physical objects of the entourage), which imitates a real examination room.

Возможность выполнения других манипуляций (кроме осмотра живота). При решении клинического кейса доступны также: визуальный осмотр, пальпация и аускультация других органов и систем: сердечно-сосудистой, дыхательной, лимфатической, пищеварительной, эндокринной.The ability to perform other manipulations (except for examining the abdomen). When solving a clinical case, the following are also available: visual examination, palpation and auscultation of other organs and systems: cardiovascular, respiratory, lymphatic, digestive, endocrine.

Имитация дыхания в автоматическом режиме. Имитация дыхания автоматически в соответствии с предустановленным сценарием осуществляется с помощью электропривода, установленного на манекене и соответствующих движений тела пациента в виртуальной среде.Imitation of breathing in automatic mode. Simulation of breathing automatically in accordance with a pre-set scenario is carried out using an electric drive installed on the mannequin and the corresponding movements of the patient's body in a virtual environment.

Функции и положительные эффекты, обеспечиваемые предлагаемым техническим решением.Functions and positive effects provided by the proposed technical solution.

Отображение локации кабинета врача, пациента и интерфейсов в виртуальной реальности.Displaying the location of the doctor's office, patient and interfaces in virtual reality.

Отслеживание движений головы и рук пользователя и манекена, синхронизация позиций с соответствующими объектами в виртуальной реальности.Tracking the movements of the head and hands of the user and the mannequin, synchronization of positions with the corresponding objects in virtual reality.

Обеспечение максимально реалистичной тактильной обратной связи при взаимодействии с телом виртуального пациента с помощью использования высоко реалистичного манекена и интегрированной в него электроники, датчиков и электропривода для имитации дыхания.Providing the most realistic tactile feedback when interacting with the body of a virtual patient using a highly realistic manikin and integrated electronics, sensors and an electric drive to simulate breathing.

Измерение координат и силы нажатия на манекен и проведение пальпации.Measuring the coordinates and pressing force on the mannequin and palpation.

Выполнение учебных и экзаменационных сессий, выдача результата комплексной оценки действий пользователя.Performing training and examination sessions, issuing the result of a comprehensive assessment of user actions.

Экономия площади. Использование виртуального окружения не требует наличия физической площади большого размера. В одном кабинете могут быть визуализированы различные локации.Space saving. The use of a virtual environment does not require a large physical area. In one office, different locations can be visualized.

Экономия персонала. Автоматизированная система оценки и система интеллектуальных подсказок в режиме обучения позволяют снизить нагрузку на преподавателя в процессе обучения. Для выполнения приема пациента и пальпации используется тренажер для обследования брюшной полости пациента, что исключает необходимость участия реальных или стандартизированных пациентов, а также актеров.Staff savings. An automated assessment system and a system of intelligent prompts in the training mode can reduce the burden on the teacher in the learning process. A patient abdominal simulator is used to perform patient admission and palpation, eliminating the need for real or standardized patients and actors.

Высокая реалистичность. Виртуальная реальность дополнена тактильными ощущениями реалистичного тренажера со сменными патологиями. Анатомические ориентиры и визуализация окружения позволяют максимально погрузиться в решение клинического кейса.High realism. Virtual reality is complemented by the tactile sensations of a realistic simulator with interchangeable pathologies. Anatomical landmarks and visualization of the environment allow you to immerse yourself in the solution of a clinical case.

Эргономичность. Все части симулятора занимают не более 1 м.кв. площади помещения, датчики располагаются на платформе и очках виртуальной реальности, а мобильная стойка может свободно перемещаться в случае необходимости.Ergonomics. All parts of the simulator occupy no more than 1 sq.m. area of the room, sensors are located on the platform and virtual reality glasses, and the mobile stand can move freely if necessary.

Удобство интерфейса. Интерфейс симулятора представлен двумя частями - инструктора (преподавателя) и обучающегося. Запуск осуществляется с компьютера инструктора, а калибровка оборудования с помощью приложения на мобильном телефоне. Интерфейс обучающегося расположен полностью в виртуальной среде и интерактивно адаптирован.Convenience of the interface. The simulator interface is represented by two parts - an instructor (teacher) and a student. The launch is carried out from the instructor's computer, and the equipment is calibrated using an application on a mobile phone. The learner interface is located entirely in a virtual environment and interactively adapted.

Медицинская достоверность. В решении используется физическая часть тренажера для обследования брюшной полости, которая имеет высокую доказательную базу и полностью соответствует тактильным ощущениям при пальпации живого человека. Наполнение кейса: диалоги, результаты обследований и поведение виртуального пациента соответствуют клиническим ситуациям, которые составлены в соответствии с клиническими рекомендациями и порядками осмотра по профилю заболевания.medical credibility. The solution uses the physical part of the simulator for examining the abdominal cavity, which has a high evidence base and fully corresponds to the tactile sensations during palpation of a living person. Case filling: dialogues, examination results and behavior of the virtual patient correspond to clinical situations, which are compiled in accordance with clinical recommendations and examination procedures according to the disease profile.

Симулятор для физикального обследования пациентов с заболеваниями органов дыхательной системы состоит из следующих компонентов:The simulator for the physical examination of patients with diseases of the respiratory system consists of the following components:

• Торс (манекен) человека в натуральную величину на подставке для размещения на горизонтальной поверхности;• Torso (mannequin) of a life-size human on a stand for placement on a horizontal surface;

• Очки виртуальной реальности;• Glasses of virtual reality;

• Имитатор стетофонендоскопа.• Simulator of a stethophonendoscope.

Симулятор воспроизводит звуки, характерные для заданной патологии (состояния), в наушники виртуальных очков. Воспроизводимый звук представляет собой звук, записанный в конкретной аускультативной точке реального пациента.The simulator reproduces the sounds characteristic of a given pathology (state) into the headphones of the virtual glasses. The reproduced sound is the sound recorded at a specific auscultatory point of a real patient.

Выбор воспроизводимого звука происходит автоматически при касании стетоскопом соответствующей зоны на манекене.The choice of the reproduced sound occurs automatically when the stethoscope touches the corresponding zone on the mannequin.

Пользователь в виртуальных очках видит симулированного пациента и элементы его дыхательной и сердечно-сосудистой системы.The user in virtual glasses sees the simulated patient and elements of his respiratory and cardiovascular systems.

Возможность регулировки степени прозрачности грудной стенки для визуализации подлежащих структур. Воспроизведение анимации исследуемых структур (движение клапанов, альвеол, бронхиальной стенки и т.д. в отдельном окне) для формирования понимания механизмов возникновения звуковых феноменов.The ability to adjust the degree of transparency of the chest wall to visualize the underlying structures. Reproduction of animation of the studied structures (movement of valves, alveoli, bronchial wall, etc. in a separate window) to form an understanding of the mechanisms of occurrence of sound phenomena.

• Ознакомительный режим.• Trial mode.

Предполагает выбор любого состояния из библиотеки со свободным прослушиванием любых зон в произвольном порядке, выбором степени прозрачности грудной клетки, отображением витальных показателей, ознакомлением с дидактическими материалами. Точки аускультации подсвечиваются.It involves the choice of any state from the library with free listening to any zones in any order, the choice of the degree of transparency of the chest, the display of vital indicators, familiarization with didactic materials. Auscultation points are highlighted.

• Режим обучения по сценарию.• Scenario learning mode.

Предполагает выбор любого состояния из библиотеки, обследование идет по заранее созданному алгоритму с текстовым и голосовым описанием, подсказками, анимация определенных структур в отдельном окне для наглядного понимания механизмов появления звуковых феноменов. Прозрачность грудной клетки определяется сценарием (назначается Преподавателем из веб-интерфейса).It involves the selection of any state from the library, the examination follows a pre-created algorithm with text and voice descriptions, tips, animation of certain structures in a separate window for a visual understanding of the mechanisms of the appearance of sound phenomena. The transparency of the chest is determined by the scenario (assigned by the Teacher from the web interface).

• Режим практического занятия.• Practice mode.

Предполагает обследование виртуального пациента согласно выбранному из библиотеки состоянию (назначается Преподавателем из веб-интерфейса). Анимация для наглядного понимания механизмов появления звуковых феноменов. Прозрачность грудной клетки определяется сценарием. В ходе исследования пользователь заполняет протокол аускультации. В конце занятия выдается протокол обследования с указанием верных и неверных действий, интерпретаций.Assumes examination of a virtual patient according to the state selected from the library (assigned by the Teacher from the web interface). Animation for a visual understanding of the mechanisms of the appearance of sound phenomena. The transparency of the chest is determined by the scenario. During the study, the user fills in the protocol of auscultation. At the end of the lesson, an examination protocol is issued indicating correct and incorrect actions, interpretations.

• Режим экзамена.• Exam mode.

Предполагает обследование заданного Администратором виртуального пациента с заполнением протокола аускультации. Подсказки выключены, грудная клетка непрозрачная. (Экзаменационный случай назначается Преподавателем из веб-интерфейса, результат отображается в веб-интерфейсе Преподавателя)It involves examination of a virtual patient specified by the Administrator with filling in the auscultation protocol. Hints off, chest opaque. (The examination case is assigned by the Teacher from the web interface, the result is displayed in the Teacher's web interface)

В режиме Практического занятия доступна автоматическая оценка, отслеживание правильной последовательности и времени аускультации в каждой точке.In Practice mode, automatic evaluation is available, tracking the correct sequence and time of auscultation at each point.

Симулятор для физикального обследования пациентов с заболеваниями органов сердечно-сосудистой системы представляет собой манекен взрослого мужчины европеоидной расы нормостенического телосложения, закрепленный на подвижной тележке-подставке в горизонтальном положении с приподнятым головным концом.The simulator for physical examination of patients with diseases of the cardiovascular system is a mannequin of an adult Caucasian male with a normosthenic build, mounted on a movable trolley-stand in a horizontal position with an elevated head end.

Вычислительное устройство (компьютер) отслеживает положение стетоскопа в реальном времени в каждой точке аускультации с отображением в виде трехмерной модели грудной клетки. Отслеживание производится с помощью сети герконов, расположенных под кожей манекена.The computing device (computer) monitors the position of the stethoscope in real time at each point of auscultation with a display in the form of a three-dimensional model of the chest. Tracking is done using a network of reed switches located under the dummy's skin.

Физическое нахождение стетоскопа в одной области аускультации отображается в виде анимации соответствующей области на экране и на трехмерной модели в виртуальных очках.The physical location of the stethoscope in one area of auscultation is displayed as an animation of the corresponding area on the screen and on a three-dimensional model in virtual glasses.

Режим обучения должен сопровождаться отображением на мониторе подробной анатомии, физиологии и патофизиологии выбранной программы.The training mode should be accompanied by the display on the monitor of the detailed anatomy, physiology and pathophysiology of the selected program.

3D модель отображается с разных ракурсов и сопровождаться текстовыми комментариями.The 3D model is displayed from different angles and is accompanied by text comments.

В режиме обучения на монитор выводятся следующие данные:In the learning mode, the following data is displayed on the monitor:

- ЧСС;- heart rate;

- ЧДД;- NPV;

- АД;- BP;

- данные о пациенте;- patient data;

- динамическая ЭКГ (12 отведений);- dynamic ECG (12 leads);

- динамическая ФКГ;- dynamic PCG;

- пульсовая волна с возможностью масштабирования и выбора интенсивности изображения.- pulse wave with the ability to zoom and select the intensity of the image.

Режим экзамена.Exam mode.

В режиме экзамена на экране монитора отображаются:In the exam mode, the monitor screen displays:

- данные студента;- student data;

- время выполнения экзамена;- the time of the exam;

- время фиксации стетоскопа в точке аускультации;- the time of fixation of the stethoscope at the point of auscultation;

- выбор дополнительных исследований.- selection of additional studies.

При выборе клинического случая в режиме экзамена на мониторе отображаются данные пациента:When you select a clinical case in the exam mode, the patient data is displayed on the monitor:

- жалобы;- complaints;

- анамнез заболевания;- anamnesis of the disease;

- семейный анамнез;- family history;

- перенесенные заболевания.- past illnesses.

При прохождении экзамена по выбранному клиническому случаю на мониторе отображаются активные поля для заполнения результатов осмотра путем выбора значения из списка:When passing the exam for the selected clinical case, the monitor displays active fields for filling in the examination results by selecting a value from the list:

- ЧДД;- NPV;

- АД;- BP;

- ЧСС;- heart rate;

- вены шеи;- neck veins;

- дефицит пульса;- pulse deficit;

- внешний вид области сердца.- Appearance of the heart area.

- Артериальный пульс:- Arterial pulse:

• симметричность;• symmetry;

• ритмичность;• rhythm;

• частота;• frequency;

• напряжение;• voltage;

• величина;• value;

• форма.• form.

- Прекордиальная пульсация:- Precordial pulsation:

Левый желудочек:Left ventricle:

• пальпируется;• palpated;

• локализация;• localization;

• площадь;• square;

• высота;• height;

• сила;• force;

• резистентность;• resistance;

• форма.• form.

Правый желудочек.Right ventricle.

• пальпируется.• palpable.

Легочная артерия.Pulmonary artery.

• пальпируется.• palpated.

- Венозный пульс на яремной вене.- Venous pulse on the jugular vein.

• форма.• form.

- Предварительная диагностическая гипотеза.- Preliminary diagnostic hypothesis.

После прохождения клинического случая вычислительной системой осуществляется формирование итоговый отчет с общим баллом и правильными ответами.After passing the clinical case, the computer system generates a final report with a total score and correct answers.

Количественные параметры, необходимые для реализации предлагаемого технического решения:Quantitative parameters necessary for the implementation of the proposed technical solution:

количество отслеживаемых степеней свободы движений головы пользователя: 6 (3 перемещения, 3 вращения);the number of tracked degrees of freedom of the user's head movements: 6 (3 movements, 3 rotations);

количество отслеживаемых степеней свободы движений манекена: 6 (3 перемещения, 3 вращения);number of tracked degrees of freedom of mannequin movements: 6 (3 movements, 3 rotations);

частота обновления данных трекинга: от 60 Гц;tracking data update rate: from 60 Hz;

диапазон измеряемых усилий нажатия на манекен: 0-10 кгс;range of measured pressing forces on the mannequin: 0-10 kgf;

чувствительность определения координат нажатия на поверхность манекена: 5 мм;sensitivity of determining the coordinates of pressing on the surface of the mannequin: 5 mm;

частота обновления данных с датчиков усилия: от 60 Гц;frequency of updating data from force sensors: from 60 Hz;

Входные воздействия, необходимые для реализации предлагаемого технического решения:Input actions required to implement the proposed technical solution:

движения шлема виртуальной реальности;virtual reality helmet movements;

движения рук пользователя;user's hand movements;

положение и ориентация манекена;the position and orientation of the manikin;

данные датчиков усилий нажатия на манекен.data from the pressure sensors on the mannequin.

Выходные реакции, необходимые для реализации предлагаемого технического решения:Output reactions required to implement the proposed technical solution:

изображение в очках виртуальной реальности;image in virtual reality glasses;

звук в наушниках;sound in headphones;

таблицы результатов прохождения симуляционных сессий.tables of results of simulation sessions.

В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.In these application materials, a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution was presented, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation, which do not go beyond the scope of the requested legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.

Claims (4)

1. Способ обучения пользователей навыкам физикального обследования для распознавания патологий с использованием симуляционного комплекса виртуальной реальности, включающий этапы, на которых:1. A method for teaching users the skills of a physical examination for recognizing pathologies using a virtual reality simulation complex, including the steps at which: обучающемуся пользователю в режиме реального времени в очки виртуальной реальности транслируется анимированный интерактивный пациент, синхронизированный по контурам тела с физическим манекеном, располагаемым в непосредственной близости с обучаемым пользователем, позволяющим пользователю, в режиме реального времени, тактильно ощущать анатомически достоверный рельеф тела и проводить пальпацию, перкуссию и аускультацию органов в соответствии с заранее заданными сценариями обследования, причем усилия, оказываемые пользователем при взаимодействии с манекеном при пальпации, перкуссии или аускультации, определяются с помощью датчиков веса и конвертируются в деформацию поверхности тела виртуального пациента, за счет чегоAn animated interactive patient, synchronized along the contours of the body with a physical mannequin, located in close proximity to the trained user, is transmitted to the learning user in real time in virtual reality glasses, allowing the user to tactilely feel the anatomically reliable body relief and perform palpation, percussion in real time and auscultation of organs in accordance with predetermined examination scenarios, and the efforts exerted by the user when interacting with the dummy during palpation, percussion or auscultation are determined using weight sensors and converted into deformation of the virtual patient's body surface, due to which в очках виртуальной реальности воспроизводится аудио и видео поток в виде двигательных, речевых и мимических реакций виртуальных пациентов на воздействия обучаемого, с возможностью визуализации патологических изменений, причем зафиксированные координаты и усилия давлений, прикладываемые пользователем к манекену, используются вычислительной системой для автоматизированной оценки действий пользователя, согласно заранее заданным критериям.in virtual reality glasses, an audio and video stream is reproduced in the form of motor, speech and facial reactions of virtual patients to the effects of a trainee, with the ability to visualize pathological changes, and the fixed coordinates and pressure forces applied by the user to the mannequin are used by the computer system for automated evaluation of user actions, according to predetermined criteria. 2. Способ по п. 1, в котором в число оцениваемых действий входит последовательность прохождения точек пальпации, прилагаемые усилия, точность позиционирования рук пользователя относительно тела пациента, постановка диагноза, элементы осмотра и взаимодействия с пациентом и окружением.2. The method according to claim 1, in which the evaluated actions include the sequence of passing the palpation points, the applied efforts, the accuracy of the positioning of the user's hands relative to the patient's body, the diagnosis, the elements of examination and interaction with the patient and the environment.
RU2022129358A 2022-11-11 2022-11-11 Method of learning using interaction with physical objects in virtual reality RU2799123C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2022/000374 WO2024102017A1 (en) 2022-11-11 2022-12-16 Method for teaching physical examination skills

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799123C1 true RU2799123C1 (en) 2023-07-04

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820438C1 (en) * 2023-11-30 2024-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Training complex for practicing practical skills of medical students

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3050225A1 (en) * 2019-07-19 2021-01-19 Hone Virtual Education Ltd. Methods, systems and devices for simulator-based training devices with biofeedback

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3050225A1 (en) * 2019-07-19 2021-01-19 Hone Virtual Education Ltd. Methods, systems and devices for simulator-based training devices with biofeedback

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2835452C1 (en) * 2023-11-16 2025-02-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский Государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method of teaching obstetrics during physiological childbirth in virtual reality environment
RU2820438C1 (en) * 2023-11-30 2024-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Training complex for practicing practical skills of medical students

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6758676B2 (en) Interactive education system for teaching patient care
US6428323B1 (en) Medical examination teaching system
US10417936B2 (en) Hybrid physical-virtual reality simulation for clinical training capable of providing feedback to a physical anatomic model
Issenberg et al. Simulation and new learning technologies
US6443735B1 (en) Computerized education system for teaching patient care
US20030031993A1 (en) Medical examination teaching and measurement system
US20120270197A1 (en) Physiology simulation garment, systems and methods
CN107527542B (en) Percussion training system based on motion capture
WO1999042978A1 (en) Method and apparatus for surgical training and simulating surgery
US20080050711A1 (en) Modulating Computer System Useful for Enhancing Learning
Yang et al. Immersive virtual reality-based cardiopulmonary resuscitation interactive learning support system
Violante et al. Design and implementation of 3D Web-based interactive medical devices for educational purposes
Vaughan et al. ParaVR: Paramedic virtual reality training simulator
CN117576969A (en) Cardiopulmonary auscultation virtual simulation training system and method
CN119049369A (en) High-quality cardiopulmonary resuscitation and AED self-service training system based on 5G and augmented reality
RU2799123C1 (en) Method of learning using interaction with physical objects in virtual reality
RU2798405C1 (en) Simulation complex for abdominal cavity examination using vr simulation based on integrated tactile tracking technology
WO2024102017A1 (en) Method for teaching physical examination skills
McKenzie et al. Augmented standardized patients now virtually a reality
CN114627708A (en) Midwifery simulation system and method based on mixed reality technology
WO2024102018A1 (en) Simulation system for abdominal cavity examination
Kozusko et al. Enhanced laboratory exercises for biomedical engineering courses
Scerbo et al. Medical simulation
Raja et al. Simulation framework for training chest tube insertion using virtual reality and force feedback
Hanson et al. Healthcare Simulation Methods: A Multifaceted Approach