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HPS-103人体生理实验系统(虚实结合型)

HPS-103人体生理实验系统(虚实结合型)

在动物福利和动物实验的3R原则指导下,中国机能学教学实验正在逐渐减少和优化动物实验,为了能够在减少动物实验的大背景下还要提高教学质量,必然需要创新教学实验方法和实验手段,以无创型人体生理实验为基础的机能教学实验将成为机能学实验的新趋势。 人体生理实验的引入可以促进医学教育中临床与基础教育的早期结合,让学生通过相互的自身实验真正了解基础实验的意义及亲身体验临床诊断的感受。
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产品描述

背景

HPS-103虚实结合型人体生理实验系统实现了国内高校机能实验教学中人体实体实验与虚拟仿真实验的实时融合。该系统适用于人体生理研究,可以减少传统实验教学中动物的大量使用。通过多种自动化数据采集设备构建个性化虚拟人,并与之进行实时生理指标数据交互。

在虚拟人的基础上建立各类临床病例模型,然后进入临床知识的学习,革命性打破了基础医学与临床医学教学中知识多年无法相通的壁垒。与临床医学紧密结合的同时疏通了两者之间的知识脉络,极大程度缩短了从一个医学生到一名医生之间的时间成本,为国内医学院校教育事业中基础与临床之间的漫长过渡开创了历史先河。

HPS-103人体生理无线系统基本组件

特点

 

1.临床与基础的早期结合

传统的机能学实验都以动物实验为基础。但是动物的机能状态与人体之间存在差异,动物实验的结果不一定能直接应用于人体;而临床诊断则以人体为基础,因此安全的人体生理实验能够让学生更早地接触临床诊断。

利用HPS-100人体生理实验系统完成运动生理学实验

 

2.科学、有趣,寓教于乐

现代教育学强调以学生为中心的学习,人体生理实验以学生自身为实验对象,本身很容易引起学生的兴趣。精心设计的各类人体生理实验,不仅可以讲解生理学的基础和临床知识,还可以引导学生探索的兴趣,比如意念控制实验,视觉诱发电位实验等。

意念控制的人体生理学实验引发学生兴趣

 

 

3.引入无线传输技术

无线传输技术的引入,在空间上释放了对受试者的束缚,同时减少各种信号线缠绕的不方便。对于运行生理学的研究更有意义。HPS-103系统中的无线传输技术抗干扰性好,信号传输稳定,传输距离远。

人体运动生理实验(无线传感器的应用)

4.虚实结合,促进医学知识融会贯通

实体人体生理实验虽然能够引起学生的兴趣,但是无法在病理生理条件下进行实验,也无法对学生施加药物,这相当于只完成了一半的生理实验;另一方面,虚拟实验虽然可以模拟各种病例生理条件下的生理反应,但是由于缺乏动物实验的真实感和可反复重复使用,易造成学生对生理实验缺乏责任感,造成实验操作的随意性。因此实体生理实验和虚拟生理实验各有利弊,是否可以将两者的优势结合起来,避免其缺点,这就是HPS-103虚拟结合人体生理实验系统设计的初衷。

虚实结合是教育部“关于构建国家级虚拟仿真实验项目”文件的重要要求,但是时至今日,在医学领域还没有看到一个真正意义上的虚实结合项目。HPS-103是一个完全意义上的虚实结合人体生理实验系统,它把实体实验和虚拟实验有机地融合起来,达到调高学生兴趣实现有效教学的目的。该系统虚实结合包括以下几个部分:

  1)个性化虚拟人的构建

在学生进行实体的人体生理实验时,人体的基本信息,包括:身高、体重、面貌、血压、心率以及呼吸等生理指标自动进入到虚拟实验系统,构建以实体学生为基础的个性化虚拟人,个性化的虚拟人不仅能够模拟更适合和准确的生理变化,而且能够引起学生的兴趣。 

学生进行人体实验——>自动采集学生生理指标——>形成个性化虚拟人

 个性化虚拟人的形成

 

  2)实体实验和虚拟实验的实时融合

学生在进行人体生理实验的同时,个性化虚拟人以虚拟的方式展示学生的身体内部变化。实体和虚拟实验实时融合具有相当高的技术水平,是一种完全意义上的虚实结合。这种虚实结合既可以展现学生实时实验测量的生理指标,也可以通过虚拟方式模拟人体内部发生的各种变化。比如:当学生进行运动生理实验时,一方面观察运动(骑车)的实时生理指标,包括:心率、呼吸、血氧等的变化,另一方面,个性化虚拟人同步展示出人体肌肉活动情况,人体内部器官的变化:心脏调动频率的改变,心脏做工的改变(心输出量)、呼吸的改变等。

 

  3)AI构建实体人与虚拟人之间交互通道

通过AI技术实现语音识别,实体人可以和虚拟人实现对话,这对利用个性化虚拟人模拟疾病的诊断和治疗非常有效。

实体人与个性化虚拟人的对话

  4)实现临床和基础的早期结合

个性化虚拟人不仅可以实现与实体人的同步实验,也可以脱离实体人成为真正意义上的模拟人,模拟人一方面可以模拟设定疾病的治疗过程和治疗效果;另一方面也可展现疾病的基础病理生理知识,实现临床与基础的有机融合,提高学生的学习兴趣和学习水平。

临床治疗过程与治疗效果展示        病理生理基础知识的展示

个性化虚拟人实现临床与基础的有机结合

 

虚实结合的人体生理实验室整体效果图

 

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