[發(fā)明專利]一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的手術(shù)教學(xué)展示系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710202900.8
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106920451A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚金海;劉思怡;陶圣祥;歐軍;李歐天;趙欣
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué);武漢市驚嘆號科技有限公司
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 趙麗影,代文成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的手術(shù)教學(xué)展示系統(tǒng)。

背景技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是虛擬場景系統(tǒng)、知覺管理系統(tǒng)和用戶之間的多重信號傳導(dǎo)，使用戶融入虛擬場景。計算機完成虛擬場景的設(shè)計、制作，VR設(shè)備實現(xiàn)用戶的知覺反饋，這是虛擬現(xiàn)實的內(nèi)容輸入；用戶接收知覺信號并通過捕捉設(shè)備將用戶知覺輸入計算機，完成場景響應(yīng)，這是用戶的信號輸出；知覺管理系統(tǒng)將信號在虛擬場景系統(tǒng)和用戶之間不斷傳導(dǎo)，形成完整的信號閉環(huán)。不過目前VR技術(shù)最大的問題是暈眩的解決、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，困于多產(chǎn)業(yè)、多場景的復(fù)雜融合。

醫(yī)療教育的最終目的是臨床操作，但是傳統(tǒng)的平面教材缺失互動和立體等特性，難以給予學(xué)習(xí)者實質(zhì)性的高效指導(dǎo)，特別是實體解剖和外科手術(shù)等價值高但是機會少的資源稀缺，恰恰正是切中VR的優(yōu)勢。VR可以為學(xué)生提供課堂環(huán)境下提供不了的更優(yōu)醫(yī)療培訓(xùn)。借助立體建模、定位測距、五維坐標(biāo)（三維空間+平行宇宙）等技術(shù)，VR在模擬器官解剖和虛擬外科手術(shù)方面具有傳統(tǒng)教學(xué)難以比擬的巨大優(yōu)勢。

普通的VR技術(shù)僅僅只有操作人員本人才能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進行完整體驗，而周圍的觀摩人員則只能跟隨操作人員的視角，這樣容易導(dǎo)致觀摩人員會有嚴(yán)重的暈眩感以及無法對操作人員進行準(zhǔn)確的指導(dǎo)。并且如果想將虛擬世界的影響向外界直播的時候也需要借助成本高昂的輔助設(shè)備等。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的手術(shù)教學(xué)展示系統(tǒng)，是一種基于VR技術(shù)將手術(shù)全過程以第三人稱視角向外進行直播以及向觀摩人員展示使用的多視角直播系統(tǒng)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的手術(shù)教學(xué)展示系統(tǒng)，包括包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元、手術(shù)精細操作模擬單元、手術(shù)流程及場景展示單元、虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元；所述手術(shù)流程及場景展示單元分別與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元、手術(shù)精細操作模擬單元、虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元連接，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元與手術(shù)精細操作模擬單元連接；

所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元：存儲了在各類型手術(shù)過程當(dāng)中所使用的全部醫(yī)療器械的高精度模型及操作動畫，以及對應(yīng)的器械功能信息等；

所述手術(shù)精細操作模擬單元：針對不同類型手術(shù)的精細操作需求，設(shè)置一個專門模擬各類手術(shù)的精細操作及顯示單元；在該單元當(dāng)中，操作者進行操作的精度與實際動作的精度是相同的，最大程度的還原了各類精細手術(shù)操作的體驗。

所述手術(shù)流程及場景展示單元：調(diào)取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)構(gòu)建一個虛擬手術(shù)室以及手術(shù)工具與材料，針對手術(shù)具體流程，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元中的模型數(shù)據(jù)進行采集和加工，完成整個手術(shù)流程，并通過虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元顯示；該單元可以具體分為場景展示單元和手術(shù)流程單元，場景展示單元：在虛擬環(huán)境內(nèi)調(diào)取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)構(gòu)建一個與真實手術(shù)場景高度對應(yīng)的虛擬手術(shù)室以及極其仿真的手術(shù)工具與材料。手術(shù)流程單元：針對手術(shù)具體流程，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元中的模型數(shù)據(jù)進行采集和加工，完成整個手術(shù)流程，并通過虛擬現(xiàn)實成像單元和手術(shù)直播單元成像及顯示。

所述虛擬現(xiàn)實成像單元：以操作人員的視角成像并顯示；顯示的輸出有兩種，一種是操作者的VR成像顯示，即：通過佩戴在操作人員頭部的虛擬成像設(shè)備顯示；另一種是通過平面顯示器顯示，操作人員虛擬成像顯示設(shè)備可以清楚的觀察到場景展示單元，平面顯示器可以提供給第三方人員看到操作人員實時所觀察到的場景展示單元。

所述手術(shù)直播單元：以觀摩人員的視角成像并顯示；是提供給觀摩人員的可以全方位觀察整個手術(shù)操作全過程的顯示單元，可以讓操作人員無需顧慮自身視角的情況下向觀摩人員進行整個手術(shù)過程的講解，也可以讓觀摩人員在手術(shù)的全程實時指導(dǎo)操作人員手術(shù)操作。

所述手術(shù)精細操作模擬單元包括虛擬操作控制單元、手術(shù)定制處理單元、手術(shù)器械與手術(shù)目標(biāo)模擬單元、精細操作輸入單元；虛擬操作控制單元分別與手術(shù)定制處理單元、手術(shù)器械與手術(shù)目標(biāo)模擬單元、精細操作輸入單元連接，精細操作輸入單元、手術(shù)器械與手術(shù)目標(biāo)模擬單元、手術(shù)定制處理單元依次連接；

虛擬操作控制單元進行整體流程控制，由精細操作輸入單元獲取操作人員手的實時位置以及正在進行的操作，當(dāng)操作人員進行的操作信息進入到手術(shù)器械與手術(shù)目標(biāo)模擬單元后，進行手術(shù)操作流程檢查以及精度檢查，檢查通過后推動手術(shù)流程繼續(xù)進行，手術(shù)定制處理單元則根據(jù)不同的手術(shù)類型決定相應(yīng)的顯示方式，該單元實時的將手術(shù)操作的每一個細小的動作清晰的呈現(xiàn)在操作人員的面前。