[發明專利]虛擬整形手術訓練裝置及終端設備

在審

• 申請號: 201711430673.0
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN109961682A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 閆迎迎;李巧鈴;王瓊;彭延軍
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 官建紅

本發明適用于虛擬現實技術領域，提供了一種虛擬整形手術訓練裝置及終端設備，其中，所述裝置包括：骨頭建模單元，用于生成骨頭物理模型，建立骨頭幾何模型；骨鋸建模單元，用于生成骨鋸物理模型，建立骨鋸幾何模型；人機交互單元，用于接收操作指令，根據該操作指令進行劃割，對劃割后的骨頭物理模型進行碰撞檢測，根據碰撞檢測的結果實時重建鋸切面，并根據碰撞檢測的結果確定鋸切力；視覺渲染單元，用于進行視覺渲染，并將渲染后的結果發送顯示屏顯示；觸覺渲染單元，用于進行觸覺渲染，并將渲染后的結果反饋給用戶。可以解決現有虛擬手術無法培訓用戶繪制鋸切面，也無法反饋給用戶一個相對真實的鋸切力，不能滿足實際手術培訓需求的問題。

技術領域

本發明屬于虛擬現實技術領域，尤其涉及一種虛擬整形手術訓練裝置及終端設備。

背景技術

對于虛擬整形手術訓練系統，目前常用的手術器械主要有骨鉆和骨鋸，分別如圖1(a)和(b)所示。由于骨鉆的鉆頭可以近似為球形，球形的碰撞檢測算法可以快速實現，所以目前針對骨鉆的虛擬整形手術訓練系統的研究已經相對成熟。但是，由于在鋸切過程中需要考慮骨鋸的外形和切割方向，所以現有針對骨鋸的研究相對較少。

在虛擬交互場景中，骨鋸與骨頭的碰撞檢測對訓練環境的逼真度至關重要，但是，現有虛擬手術無法培訓用戶繪制鋸切面，也無法反饋給用戶一個相對真實的鋸切力，不能滿足實際手術培訓需求。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種虛擬整形手術訓練裝置及終端設備，以解決現有虛擬手術無法培訓用戶繪制鋸切面，也無法反饋給用戶一個相對真實的鋸切力，不能滿足實際手術培訓需求的問題。

本發明實施例的第一方面提供了一種虛擬整形手術訓練裝置，包括：

骨頭建模單元，用于獲取待整形目標的圖像和骨頭特性，對所述圖像進行分割重建，根據所述骨頭特性生成骨頭物理模型，并根據分割重建后的圖像和所述骨頭物理模型建立骨頭幾何模型；

骨鋸建模單元，用于根據目標骨鋸設置骨鋸參數，根據所述骨鋸參數生成骨鋸物理模型，并根據所述骨鋸物理模型建立骨鋸幾何模型；

人機交互單元，用于接收用戶輸入的操作指令，根據所述操作指令利用所述骨鋸物理模型在所述骨頭物理模型上進行劃割，對劃割后的骨頭物理模型進行碰撞檢測，根據碰撞檢測的結果實時重建鋸切面，并根據碰撞檢測的結果確定鋸切力；

視覺渲染單元，用于對所述骨頭幾何模型、所述骨鋸幾何模型和實時重建的鋸切面進行視覺渲染，并將視覺渲染后的渲染結果發送至顯示屏顯示；

觸覺渲染單元，用于對所述鋸切力進行觸覺渲染，并將觸覺渲染后的渲染結果通過觸覺設備反饋給所述用戶。

可選的，所述人機交互單元對劃割后的骨頭物理模型進行碰撞檢測包括：

獲取一個連續時間間隔內所述骨鋸物理模型在所述骨頭物理模型上劃割的掃描面；

在所述掃描面內均勻分布點；

提取在所述掃描面內均勻分布的點所在的體素；

利用提取的體素的每條邊分別與所述掃描面進行射線碰撞，獲得在每個體素上的碰撞信息。

可選的，所述人機交互單元根據碰撞檢測的結果實時重建鋸切面包括：

根據獲得的在每個體素上的碰撞信息，確定在每個體素中的交點個數；

根據確定的每個體素中的交點個數確定一個區分閾值的平面；

將確定的平面兩側的頂點值分別設為第一預設值和第二預設值；

根據設定的平面兩側的頂點值和獲取的每個體素上的碰撞信息，實時重建等值面，并計算重建的每個等值面的法向量；