一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，屬于生物醫(yī)學(xué)和信息技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀以來，以腔鏡技術(shù)為代表的微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)發(fā)展迅速，微創(chuàng)手術(shù)與傳統(tǒng)的手術(shù)相比，其具有創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、麻醉時間短等優(yōu)點，因此微創(chuàng)手術(shù)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。然而由于微創(chuàng)手術(shù)本省的特點，醫(yī)生只能通過內(nèi)窺鏡看到病人體內(nèi)的局部狀況，這樣對于醫(yī)生來說手術(shù)難度大大加大，而且對經(jīng)驗值的依賴比傳統(tǒng)的手術(shù)要高，所以對醫(yī)生來說，術(shù)前訓(xùn)練十分重要。一般，醫(yī)生在進行微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練時，都是使用尸體來訓(xùn)練手術(shù)技能，但是尸體價格昂貴，且難以重復(fù)利用，大多數(shù)醫(yī)生只能通過臨床來訓(xùn)練自身的醫(yī)術(shù)技巧，這樣就增加了手術(shù)的危險性。因此年輕的醫(yī)生在臨床手術(shù)前往往缺少訓(xùn)練，對于學(xué)醫(yī)的學(xué)生來說訓(xùn)練的機會更是少之又少了。目前也有一些虛擬手術(shù)訓(xùn)練類的系統(tǒng)或方法，但是其訓(xùn)練的人體器官模型大都通過相關(guān)軟件設(shè)計的，真實性不強，而且其訓(xùn)練是以教程的訓(xùn)練形式進行訓(xùn)練，理論性比較強，與實際的臨床手術(shù)還有很大差距。
[0003]鑒于此需要一套真實性強、可重復(fù)利用的微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，以提高從醫(yī)人員的專業(yè)技能，減小病人的痛苦，增大手術(shù)的成功率。
[0004]本發(fā)明是基于混合現(xiàn)實技術(shù)，所述的混合現(xiàn)實技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，其是在虛擬的環(huán)境中引入現(xiàn)實的場景信息，在虛擬環(huán)境、現(xiàn)實環(huán)境和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，用于醫(yī)學(xué)從業(yè)者和學(xué)習者的臨床手術(shù)前的訓(xùn)練，特別是用于微創(chuàng)手術(shù)的教學(xué)和術(shù)前訓(xùn)練，以提高醫(yī)生的專業(yè)技能。
[0006]一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括
主動端單元:包括一臺計算機和一臺連接于計算機且具有力反饋的多自由度操作手柄，計算機具有虛擬手術(shù)場景，虛擬手術(shù)場景是將通過掃描以及后期處理所獲得的真實的人體器官模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成，操作者通過操作具有力反饋的多自由度操作手柄來控制計算機虛擬手術(shù)場景中的手術(shù)器械，從而完成虛擬的手術(shù)過程，所述多自由度操作手柄是具有力反饋的，在進行虛擬手術(shù)場景的微創(chuàng)手術(shù)時，操作者可感受的到手術(shù)器械的切割力度；
視頻圖像采集及傳輸單元:由一套可以將二維的雙目視頻圖像轉(zhuǎn)化為具有3D效果的視頻圖像裝置組成，將主動端單元操作者的操作過程，采集并轉(zhuǎn)化后所獲得3D視頻數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)骄哂?D顯示效果的視頻圖像接收及顯示單元；
視頻圖像接收及顯示單元:顯示器位于從動端單元，從動端單元的受訓(xùn)人員帶上3D眼鏡后即可在較強沉浸感的情況下觀察主動端單元的操作者在主動端單元的操作情況；從動端單元:包括多臺計算機和多臺連接于計算機且具有力反饋的多自由度操作手柄，計算機具有虛擬的手術(shù)場景，虛擬手術(shù)場景是將通過掃描以及后期處理所獲得的真實的人體器官模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成，受訓(xùn)人員一方面通過視頻圖像接收及顯示單元觀察主動端單元操作者的手術(shù)過程，另一方面通過操作具有力反饋的多自由度操作手柄來控制計算機虛擬場景中的手術(shù)器械，從而完成虛擬的手術(shù)過程，該多自由度操作手柄是具有力反饋的，在進行虛擬手術(shù)場景的微創(chuàng)手術(shù)時，可以感受的到手術(shù)刀的切割力度。
[0007]主動端單元的操作者在進行虛擬的手術(shù)時，從動端單元的受訓(xùn)人員可以實現(xiàn)與主動端單元同步及完全相同的操作，并且通過從動端單元的操作手柄可以感受的到主動端單元在進行手術(shù)時對手術(shù)器械的操控情況。通過視頻圖像采集及傳輸單元可以采集主動端操作者的操作過程并傳輸?shù)綖閺膭佣说娘@示器中，在從動端的受訓(xùn)人員可以一邊感受主動端的手術(shù)器械操作情況，同時也可以觀察主動端的操作者的整體操作過程。
[0008]本發(fā)明采用的是混合現(xiàn)實技術(shù)，即本發(fā)明中虛擬手術(shù)場景是將通過掃描和后續(xù)處理所得到的真實的人體器官模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成，具有非常強的真實性。
[0009]本發(fā)明還可以完成授課式的訓(xùn)練方式，這種方式適合于有經(jīng)驗的醫(yī)生在主動端進行手術(shù)操作，學(xué)習者在從動端感受并觀察主動端教授者的手術(shù)過程。即主動端單元和從動端單元是通過局域網(wǎng)連接的，在相同的手術(shù)場景情況下，主動端進行虛擬手術(shù)的時候，從動端單元會跟隨主動端單元實現(xiàn)完全相同的操作，此時從動端的操作人員的無法控制從動端單元的的操作，從動端的人員可以通過手扶多具有力反饋的多自由度操作手柄來感受主動端在進行手術(shù)時所使用的力度以及角度，同時可以觀察計算機場景中的手術(shù)情況，從而可以實現(xiàn)授課式的訓(xùn)練。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
其中1-主動端單元、2-視頻圖像采集及傳輸單元、3-視頻圖像接收及顯示單元、4-從動端單元。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0012]如圖1所示，一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括主動端單元1、視頻圖像采集及傳輸單元2、視頻圖像接收及顯示單元3和從動端單元4。其中，
主動端單元1:包括一臺計算機和一臺連接于計算機且具有力反饋的多自由度操作手柄，計算機具有虛擬手術(shù)場景，虛擬手術(shù)場景是將通過掃描以及后期處理所獲得的真實的人體器官模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成，操作者通過操作具有力反饋的多自由度操作手柄來控制計算機虛擬手術(shù)場景中的手術(shù)器械，從而完成虛擬的手術(shù)過程，所述多自由度操作手柄是具有力反饋的，在進行虛擬手術(shù)場景的微創(chuàng)手術(shù)時，操作者可感受的到手術(shù)器械的切割力度；
視頻圖像采集及傳輸單元2:由一套可以將二維的雙目視頻圖像轉(zhuǎn)化為具有3D效果的視頻圖像裝置組成，將主動端單元操作者的操作過程，采集并轉(zhuǎn)化后所獲得3D視頻數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)骄哂?D顯示效果的視頻圖像接收及顯示單元；
視頻圖像接收及顯示單元3:顯示器位于從動端單元，從動端單元的受訓(xùn)人員帶上3D眼鏡后即可在較強沉浸感的情況下觀察主動端單元的操作者在主動端單元的操作情況；從動端單元4:包括多臺計算機和多臺連接于計算機且具有力反饋的多自由度操作手柄，計算機具有虛擬的手術(shù)場景，虛擬手術(shù)場景是將通過掃描以及后期處理所獲得的真實的人體器官模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成，受訓(xùn)人員一方面通過視頻圖像接收及顯示單元觀察主動端單元操作者的手術(shù)過程，另一方面通過操作具有力反饋的多自由度操作手柄來控制計算機虛擬場景中的手術(shù)器械，從而完成虛擬的手術(shù)過程，該多自由度操作手柄是具有力反饋的，在進行虛擬手術(shù)場景的微創(chuàng)手術(shù)時，可以感受的到手術(shù)刀的切割力度。
[0013]主動端單元I和從動端單元4的計算機中的虛擬手術(shù)場景，是將通過掃描和后期處理所獲得的真實的人體器官導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成的，具有非常強的真實性。
[0014]主動端單元I和從動端單元4可以分別作為獨立訓(xùn)練系統(tǒng)，二者皆包括一臺計算機和一臺連接于計算機且具有力反饋的多自由度操作手柄，計算機中是通過掃描以及后期處理所獲得的人體器官微創(chuàng)手術(shù)場景，訓(xùn)練人員可以通過操作具有力反饋的多自由度操作手柄來對計算機中逼近真實的臨床場景進行手術(shù)，該具有力反饋的多自由度操作手柄可以較真實的反饋虛擬手術(shù)中手術(shù)器械在手術(shù)過程中的力，從而進一步提高了訓(xùn)練手術(shù)過程的真實感。
[0015]主動端單元I和從動端單元4可以通過局域網(wǎng)實現(xiàn)連通，此時在主動端單元I和從動端單元4處于相同的場景時，從動端單元4會跟隨主動端單元I實現(xiàn)相同場景的相同操作，從動端的受訓(xùn)人員即可通過手扶具有力反饋的多自由度操作手柄來感受主動端在進行手術(shù)時所使用的力度以及角度，同時可以觀察計算機虛擬場景中的手術(shù)情況，這樣就實現(xiàn)了教學(xué)式訓(xùn)練，經(jīng)驗豐富的醫(yī)生可以在主動端單元進行手術(shù)，從動端的學(xué)員可以很好的感受和觀察主動端的醫(yī)生進行的手術(shù)過程，從而極大的提高了學(xué)習的效果。
[0016]上述實施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
【主權(quán)項】
1.一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于包括如下單元: 主動端單元:包括一臺計算機和一臺連接于計算機且具有力反饋的多自由度操作手柄，計算機具有虛擬手術(shù)場景，虛擬手術(shù)場景是將通過掃描以及后期處理所獲得的真實的人體器官模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成，操作者通過操作具有力反饋的多自由度操作手柄來控制計算機虛擬手術(shù)場景中的手術(shù)器械，從而完成虛擬的手術(shù)過程，所述多自由度操作手柄是具有力反饋的，在進行虛擬手術(shù)場景的微創(chuàng)手術(shù)時，操作者可感受的到手術(shù)器械的切割力度； 視頻圖像采集及傳輸單元:由一套可以將二維的雙目視頻圖像轉(zhuǎn)化為具有3D效果的視頻圖像裝置組成，將主動端單元操作者的操作過程，采集并轉(zhuǎn)化后所獲得3D視頻數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)骄哂?D顯示效果的視頻圖像接收及顯示單元； 視頻圖像接收及顯示單元:顯示器位于從動端單元，從動端單元的受訓(xùn)人員帶上3D眼鏡后即可在較強沉浸感的情況下觀察主動端單元的操作者在主動端單元的操作情況；從動端單元:包括多臺計算機和多臺連接于計算機且具有力反饋的多自由度操作手柄，計算機具有虛擬的手術(shù)場景，虛擬手術(shù)場景是將通過掃描以及后期處理所獲得的真實的人體器官模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到仿真軟件中搭建而成，受訓(xùn)人員一方面通過視頻圖像接收及顯示單元觀察主動端單元操作者的手術(shù)過程，另一方面通過操作具有力反饋的多自由度操作手柄來控制計算機虛擬場景中的手術(shù)器械，從而完成虛擬的手術(shù)過程，該多自由度操作手柄是具有力反饋的，在進行虛擬手術(shù)場景的微創(chuàng)手術(shù)時，可以感受的到手術(shù)刀的切割力度。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于混合現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括主動端單元、視頻圖像采集及傳輸單元、視頻圖像接收及顯示單元、從動端單元。主動端單元在進行虛擬的手術(shù)時，從動端單元可以實現(xiàn)與主動端同步及完全相同的操作，并且通過從動端的手柄可以感受的到主動端在進行手術(shù)時對手術(shù)器械的操控情況。通過視頻圖像采集及傳輸單元可以采集主動端人員的操作過程并傳輸?shù)綖閺膭佣说娘@示器中，在從動端的受訓(xùn)人員可以一邊感受主動端的手術(shù)器械操作情況，同時也可以觀察主動端的操作者的整體操作過程。本發(fā)明的有益效果在于通過混合現(xiàn)實的手術(shù)過程，實現(xiàn)了真實感很強的醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)的訓(xùn)練，為醫(yī)院和醫(yī)學(xué)院校提供了良好的訓(xùn)練平臺。
【IPC分類】G09B9/00
【公開號】CN104992582
【申請?zhí)枴緾N201510406086
【發(fā)明人】王偉, 王政, 李爾, 徐波
【申請人】中國科學(xué)院自動化研究所, 中國科學(xué)院浙江數(shù)字內(nèi)容研究院
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月13日