Unimetrix (Юниметрикс) Университетская метавселенная для профессионального медицинского образования, объединяющая передовые методы обучения, реализованные на базе цифровых технологий Российский патент 2024 года по МПК G06V40/20 G06F3/01 G06T19/00 G09B19/00 G09B25/02 G09B23/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники, в частности, к программно-аппаратным комплексам для осуществления комплексной образовательной деятельности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известно решение, выбранное в качестве наиболее близкого аналога, RU 2715148 С1, 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 оператор связан двусторонней связью с инструктором и очками виртуальной реальности. В состав очков виртуальной реальности входят: шлем, наушники, микрофон, манипулятор-контроллер, трекеры положения и 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.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков современного уровня техники и отличается от известных решений тем, что предложенный программно-аппаратный комплекс совмещает преимущества виртуальной реальности и высокореалистичных тактильных симуляторов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное решение, является создание программно-аппаратного комплекса для осуществления комплексной образовательной деятельности.

Технический результат заключается в обеспечении безопасного обучения пользователей. Дополнительный технический результат заключается в расширении арсенала технических средств программно-аппаратного комплекса.

Заявленные технические результаты достигаются за счет разработки программно-аппаратного комплекса для осуществления комплексной образовательной деятельности, содержащего в своем составе связанные между собой:

единый управляющий центр, являющийся ядром программно-аппаратного комплекса и осуществляющий взаимосвязь всех технических компонентов программно-аппаратного комплекса для осуществления комплексной образовательной деятельности;

виртуальную образовательную площадку "Метауниверситет", предназначенную для проведения цифровых интерактивных лекций/презентаций и реализованную в виде лекционных аудиторий с VR доступом и вычислительных устройств;

конструктор лекций/презентаций для преподавателей, выполненный в виде десктопного конструктора и реализованный в виде интерфейса пользователя;

кейс-менеджер, реализованный для создания и редактирования медицинских сценариев и выполненный в виде web-сервиса;

образовательную площадку на базе технологии тактильного трекинга "XR-Body", реализованную с использованием учебных манекенов и высокореалистичных тактильных симуляторов, совмещенных с системой виртуальной реальности для прохождения обучаемыми симуляционных сессий;

образовательную площадку "X-Class", реализованную в виде, по меньшей мере, одной аудитории, оснащенной VR-оборудованием для прохождения обучаемыми симуляционных сессий;

образовательную площадку "Desktop-class", реализованную в виде, по меньшей мере, одной аудитории, оборудованной вычислительными устройствами и рабочими местами для прохождения обучаемыми симуляционных сессий.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

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.

Компьютерные технологии активно используются в образовательном процессе практически по всему миру. Создание обучающих компьютерных симуляторов представляет собой одно из ключевых направлений в компьютеризации обучения. 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).

Важным фактором для повышения уровня погружения в виртуальную среду является возможность интерактивного взаимодействия с элементами окружения и персонажами в виртуальной реальности.

Использование симуляционных методик обусловлено необходимостью обеспечения безопасности пациентов, предоставления запланированной практики и достаточного количества повторений для отработки практических умений.

Предлагаемое техническое решение предназначено для профессионального медицинского образования, объединяет передовые методы обучения, с мультиплатформенным доступом, единой системой сбора данных, применением интеллектуального анализа навыков и компетенций, для выявления наиболее уязвимых мест в системе здравоохранения.

Решение включает в себя инновационные образовательные площадки, которые построены на базе цифровых технологий (VR, XR, XR-Body, Web, Metaverse, математическая модель пациента), с применением следующих методов обучения:

Лекционные занятия;

Практические занятия;

Симуляционные тренинги;

Командный тренинг;

Дистанционное обучение.

Образовательная площадка - структурная единица комплекса, определяющая состав аппаратного и программного обеспечения, а также способ взаимодействия с образовательным материалом, на которой реализован один или более метод обучения.

В настоящем техническом решении предусмотрена система контроля сессий комплекса, которая производит автоматизированную оценку действий пользователя и в конце каждой сессии выдает результаты в виде баллов с подробной расшифровкой. Также она выдает статистику и выявляет слабые места знаний пользователей как в целом, так и для каждого конкретного обучаемого. Полученная информация используется для улучшения образовательного процесса и мониторинга прогресса обучаемых.

Информация представляется на графическом интерфейсе системы контроля сессий в виде таблиц и графиков, а также рекомендаций, что позволяет производить мониторинг и корректировать образовательный процесс путем создания новых образовательных материалов.

Благодаря настоящему техническому решению становится возможным интеграция симуляционных тренажеров и робот-симуляционных комплексов в виртуальную среду. Технология позволяет дополнить виртуальную реальность тактильными ощущениями реалистичного тренажера в рамках ситуационной задачи. Данное решение позволяет значительно повысить уровень подготовки медицинских кадров, а также найти применение в других отраслях, например, в промышленности (обучение технического персонала работе на сложных технологических процессах и решению сложных технологических задач, в том числе в режиме ЧС).

Разработка системы взаимодействия аппаратной части робототехнических комплексов и системы управления позволяют получать достоверные данные о происходящем в реальном времени для детектирования необходимых событий и сбора данных, а также анализировать входящие данные, для дальнейшего сопоставления с предварительно заложенными в системе управления алгоритмами и сценариями, для предотвращения неправильных и опасных действий специалиста, управляющего сложным робототехническим комплексом.

Разработка и внедрение таких систем позволяют создать комплексную систему оценки действий специалиста, а также собирать статистическую информацию о его работе и, при необходимости, отображать отчет с такими данными. Подобная подробная отчетность позволяет анализировать эффективность как оборудования, так и отдельно взятого специалиста при работе со сложным технологическим оборудованием и робототехническими комплексами.

Единый управляющий центр является ядром настоящего программно-аппаратного комплекса и осуществляет взаимосвязь всех технических компонентов программно-аппаратного комплекса для осуществления комплексной образовательной деятельности. Единый управляющий центр может быть реализован в качестве вычислительного сервера или в качестве серверной инфраструктуры, способной осуществлять необходимую обработку данных. Серверная инфраструктура может состоять из сетевого оборудования, серверного оборудования, дискового и иного хранилища.

Виртуальная образовательная площадка "Метауниверситет", предназначена для проведения цифровых интерактивных лекций/презентаций и реализована в виде лекционных аудиторий с VR доступом и вычислительных устройств. На площадке проводятся цифровые интерактивные лекции/презентации. Каждая лекция/презентация состоит из набора слайдов или мини-игр. Преподаватель переключается между ними как в обычной презентации. Слайд состоит из набора статичных или анимированных 3D или 2D объектов, появляющихся на сцене. Объекты могут быть интерактивными, со звуком. Мини-игра / экзамен представляет собой отдельную локацию с интерактивом, в которую попадает каждый студент. Мини-игра может предназначаться как для обучения, так и для экзамена. Речь преподавателя транслируется всем студентам. Студенты могут говорить только по разрешению преподавателя и их речь тоже слышна всем.

Используются следующие методы обучения:

Лекционные занятия в метавселенной;

Дистанционное обучение;

Тестирование.

Характеристики образовательной площадки:

Лекционные аудитории с VR доступом (подключением) или онлайн-доступ с VR-шлемов, вычислительные устройства (могут состоять из: устройств ввода/вывода информации (аудио, графической, текстовой, видео и др.); датчиков (положения, ориентации, освещенности, акселерометров, приближения и др.); коммуникационных модулей (периферийные устройства); ядра персонального устройства (средств вычислительной техники (микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство), графические ускорители, средства обработки звуковых потоков) и др.

Аудитория;

VR шлемы;

Демо-стенд.

Конструктор лекций/презентаций, предназначен для преподавателей и выполнен в виде десктопного конструктора (связан с единым управляющим центром и реализован за счет вычислительный мощностей серверной инфраструктуры). Таким образом для преподавателя доступен десктопный конструктор, реализованный в виде интерфейса пользователя, за счет которого он может готовить, выставлять последовательность слайдов и мини-игр. Используется два способа добавления объектов:

Встроенная библиотека объектов и мини-игр, которые можно выбирать и вставлять в слайды;

Загружать свои 3D модели, анимации.

Образовательная площадка "XR-Body".

Данная образовательная площадка реализована на базе технологии "тактильного трекинга", и совмещает в себе преимущества виртуальной реальности и высоко реалистичных тактильных симуляторов. Позволяет интегрировать медицинские симуляционные тренажеры и робот-симуляционные комплексы любого производителя в VR.

На базе технологии внедрен продукт XR-Body - тренажер обследования брюшной полости по направлениям: острый-живот, онкология, внутренние болезни.

Характеристики образовательной площадки:

Аудитория;

Симуляторы.

Методы обучения: Практические занятия; Симуляционный тренинг; Тестирование. Варианты применения:

Подготовка к экзамену (Виртуальная станция ОСКЭ); Тестирование медицинских специалистов; Обучение с возможностью получения баллов НМО.

Разработана уникальная программно-аппаратная часть, сочетающая синхронизированную физическую модель пациента и 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.

Аппаратная часть XR-Body (симулятор) может быть реализована с помощью следующих конкретных элементов:

- Манекен с интегрированным приводом дыхания, без изменений в брюшной полости (для сохранения тактильной достоверности);

- Очки виртуальной реальности;

- Вычислительный центр (вычислительное устройство, способное осуществлять необходимую обработку данных, например, компьютер с беспроводным передатчиком видеосигнала и монитором);

- Шаговый мотор, электронный блок управления, и ременная передача на вал диафрагмы.

Образовательная площадка "X-Class".

Данная площадка реализована в виде, по меньшей мере, одной аудитории, оснащенной VR-оборудованием для прохождения обучаемыми симуляционных сессий.

Характеристики образовательной площадки:

Аудитория;

VR шлемы;

Демо-стенд.

Методы обучения:

Практические занятия;

Симуляционный тренинг;

Командный тренинг;

Тестирование.

Образовательную площадку "Desktop-class".

Данная площадка реализована в виде, по меньшей мере, одной аудитории, оборудованной вычислительными устройствами и рабочими местами для прохождения обучаемыми симуляционных сессий.

Характеристики образовательной площадки:

Аудитория - (20 рабочих мест с кастомизированными вычислительными модулям);

Оснащенные рабочие места - 100 шт. Кастомизированные вычислительные модули (для преподавателей и обучающихся), распределенные по Академии, с возможностью подключения к сетевой инфраструктуре.

Методы обучения:

Практические занятия;

Симуляционный тренинг;

Тестирование.

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.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в обеспечении безопасности пользователей. Программно-аппаратный комплекс для осуществления комплексной образовательной деятельности, включающий: единый управляющий центр, являющийся ядром программно-аппаратного комплекса и осуществляющий взаимосвязь всех технических компонентов программно-аппаратного комплекса для осуществления комплексной образовательной деятельности; виртуальную образовательную площадку, предназначенную для проведения цифровых интерактивных лекций/презентаций и реализованную в виде лекционных аудиторий с VR доступом и вычислительных устройств, образовательную площадку на базе технологии тактильного трекинга, реализованную с использованием учебных манекенов, очков виртуальной реальности, вычислительного устройства с беспроводным передатчиком видеосигнала, образовательную площадку, реализованную в виде, по меньшей мере, одной аудитории, оснащенной VR-оборудованием для прохождения обучаемыми симуляционных сессий.

Программно-аппаратный комплекс для осуществления образовательной деятельности в области медицины, включающий:

единый управляющий центр, являющийся ядром программно-аппаратного комплекса и осуществляющий взаимосвязь всех технических компонентов программно-аппаратного комплекса;

виртуальную образовательную площадку, предназначенную для проведения цифровых интерактивных лекций/презентаций и реализованную в виде лекционных аудиторий с VR доступом и вычислительных устройств;

образовательную площадку на базе технологии тактильного трекинга, реализованную с использованием учебных манекенов и высокореалистичных тактильных симуляторов, причем, аппаратная часть реализована с помощью следующих элементов:

манекена, реализованного с интегрированным приводом дыхания, включающего в себя шаговый мотор, электронный блок управления, и ременную передачу на вал диафрагмы, причем манекен выполнен возможностью обследования брюшной полости по патологиям: острый-живот, онкология, внутренние болезни;

очков виртуальной реальности;

вычислительного устройства с беспроводным передатчиком видеосигнала;

образовательную площадку, реализованную в виде, по меньшей мере, одной аудитории, оснащенной VR-оборудованием для прохождения обучаемыми симуляционных сессий;

образовательную площадку, реализованную в виде, по меньшей мере, одной аудитории, оборудованной вычислительными устройствами и рабочими местами для прохождения обучаемыми симуляционных сессий.