r> 尸體:無法重復(fù)使用，成本高，且越來越難獲得；
動(dòng)物:其組織結(jié)構(gòu)與人不同，并且也無法重復(fù)使用，單次成本高。
[0017]以上兩種方法均需在事前事后進(jìn)行運(yùn)輸、人工搬運(yùn)、目標(biāo)固定、消毒、事后清理等工作，耗時(shí)費(fèi)力；
病人:使用病人進(jìn)行練習(xí)、考試極不道德，一但發(fā)生事故后果嚴(yán)重。
[0018]手術(shù)模擬箱:該設(shè)備僅可用于練習(xí)微創(chuàng)環(huán)境下的空間感，屬于較初級(jí)的培訓(xùn)。例如用手術(shù)鉗夾起豆子。
[0019]本發(fā)明是由醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)出發(fā)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)重構(gòu)出虛擬人體軟組織模型，模擬出虛擬的醫(yī)學(xué)環(huán)境，并利用觸覺交互設(shè)備與之進(jìn)行交互的手術(shù)系統(tǒng)。為醫(yī)生提供一個(gè)虛擬3D環(huán)境以及可交互操作平臺(tái)，逼真的模擬臨床手術(shù)操作的全過程。
實(shí)施例
[0020]如圖1和圖2所示，一種穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，其中，硬件部分包括操作平臺(tái)，操作平臺(tái)向上延伸部位設(shè)置有支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置有可拆卸的操作屏幕，支撐結(jié)構(gòu)向側(cè)面延伸設(shè)置有控制屏幕，操作臺(tái)上還是設(shè)置有器械托盤，器械托盤通過圓柱形支架與所述操作臺(tái)相連，軟件部分包括數(shù)據(jù)庫、界面交互、3D渲染、物理引擎、GPU并行計(jì)算碰撞檢測、柔體組織仿真和腳本語言組成。其中，本實(shí)施例的操作屏幕為平板電腦，平板電腦可以從系統(tǒng)上拆卸下來，平板電腦和系統(tǒng)還可以通過無線方式連接，無線操作功能使得教學(xué)授課、檢測指導(dǎo)變得靈活、簡單。
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例中的硬件部分還包括移動(dòng)腳架，移動(dòng)腳架設(shè)置于所述操作臺(tái)的底端，所述移動(dòng)腳架上還設(shè)置有萬向輪，這樣便于系統(tǒng)的移動(dòng)，可以在不同的空間內(nèi)使用，還可以在萬向輪上設(shè)置有剎車裝置，用來固定本實(shí)施例，不發(fā)生移動(dòng)。
[0022]本實(shí)施例中，包括演示試教模式、自由練習(xí)模式、考核模式，滿足各種不同的教學(xué)訓(xùn)練要求，其中，演示試教模式可以使得學(xué)員既可以閱讀到理論知識(shí)，又可以看到老師的實(shí)際操作；自由練習(xí)模式供學(xué)員們自己根據(jù)自身情況的需要，自由練習(xí)；考核模式可以對(duì)學(xué)員所學(xué)所掌握的知識(shí)進(jìn)行檢測，使得指導(dǎo)老師了解到學(xué)員們應(yīng)有的水平，在以后的教學(xué)中更加有針對(duì)性，因材施教。
[0023]如圖3是本實(shí)施例工作示意圖，本實(shí)施例主要由“力反饋設(shè)備”、“物理仿真”、“圖形渲染”和“醫(yī)學(xué)模型”四大模塊組成。操作者在使用本系統(tǒng)時(shí)，首先通過力反饋設(shè)備模塊將操作器械的位置及角度信息等傳遞給物理仿真模塊，物理仿真模塊根據(jù)醫(yī)學(xué)模型的定義及力反饋設(shè)備傳遞過來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析計(jì)算出物理模型變化，并轉(zhuǎn)換成力反饋信息實(shí)時(shí)傳回力反饋設(shè)備，讓操作者有觸覺的真實(shí)感受；同時(shí)物理仿真模塊將物理模型變化信息傳遞給圖形渲染模塊，圖形渲染模塊根據(jù)醫(yī)學(xué)模型的定義及物理模型變化信息，實(shí)時(shí)計(jì)算出三維空間中的二維平面投影數(shù)據(jù)，最終通過顯示設(shè)備，讓操作者有視覺的真實(shí)感受。
[0024]本系統(tǒng)在處理醫(yī)學(xué)模型和物理模型時(shí)由于需要計(jì)算大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的性能成為瓶頸，為此要充分利用多核CPU及GPU的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，大量采用了并行算法，使用戶體驗(yàn)更加流暢、真實(shí)。
[0025]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于包括硬件部分和軟件部分，其中，所述硬件部分包括操作平臺(tái)，所述操作平臺(tái)向上延伸部位設(shè)置有支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置有可拆卸的操作屏幕，所述支撐結(jié)構(gòu)向側(cè)面延伸設(shè)置有控制屏幕，所述操作臺(tái)上還是設(shè)置有器械托盤，所述器械托盤通過圓柱形支架與所述操作臺(tái)相連，所述軟件部分包括數(shù)據(jù)庫、界面交互、3D渲染、物理引擎、GPU并行計(jì)算碰撞檢測、柔體組織仿真和腳本語言組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述硬件部分還包括移動(dòng)腳架，所述移動(dòng)腳架設(shè)置于所述操作臺(tái)的底端，所述移動(dòng)腳架上還設(shè)置有萬向輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述操作屏幕為平板電腦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括演示試教模式、自由練習(xí)模式、考核模式。
5.一種穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練方法，其特征在于使用如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:準(zhǔn)備工作，通過三維仿真技術(shù)，模擬真實(shí)器械準(zhǔn)備場景，通過觸摸交互方式完成；步驟二:標(biāo)記工作，通過三維仿真技術(shù)，模擬真實(shí)標(biāo)記筆，使用修改紋理貼圖技術(shù)，在人體模型上進(jìn)行繪制，通過觸摸式交互方式完成；步驟三:消毒工作，通過三維仿真技術(shù)，模擬真實(shí)消毒棉簽，使用修改紋理貼圖技術(shù)，在人體模型上進(jìn)行繪制，通過觸摸式交互方式完成；步驟四:鋪巾工作；通過三維仿真，模擬真實(shí)洞巾，使用GPU并行計(jì)算模擬布料效果，通過觸摸交互方式完成；步驟五:局麻工作，使用帶力反饋裝置，模擬進(jìn)針的突破感，感知注射器抽拉動(dòng)作；步驟六:穿刺工作，使用帶力反饋裝置，模擬進(jìn)針的突破感；步驟七:抽液工作，通過三維仿真技術(shù)，模擬真實(shí)抽液器械，使用修改紋理貼圖技術(shù)，體現(xiàn)出抽液器械中液注的變化；步驟八:送檢工作，通過三維仿真技術(shù)，模擬真實(shí)送檢過程。
【專利摘要】本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，具體是一種穿刺虛擬教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，其中，硬件部分包括操作平臺(tái)，洞巾操作平臺(tái)向上延伸部位設(shè)置有支撐結(jié)構(gòu)，洞巾支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置有可拆卸的操作屏幕，洞巾支撐結(jié)構(gòu)向側(cè)面延伸設(shè)置有控制屏幕，洞巾操作臺(tái)上還是設(shè)置有器械托盤，洞巾器械托盤通過圓柱形支架與洞巾操作臺(tái)相連，洞巾軟件部分包括數(shù)據(jù)庫、界面交互、3D渲染、物理引擎、GPU并行計(jì)算碰撞檢測、柔體組織仿真和腳本語言組成。本發(fā)明具有高度仿真、零風(fēng)險(xiǎn)、低成本、可重復(fù)性和可指定性等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G09B9-00, G09B23-28
【公開號(hào)】CN104658394
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510077634
【發(fā)明人】于福東
【申請(qǐng)人】蘇州敏行醫(yī)學(xué)信息技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日