一种基于穿刺虚拟教学训练系统的标记方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学教学领域，具体是一种基于穿刺虚拟教学训练系统的标记方法。
【背景技术】
[0002]穿刺是临床医学教学中一项重要的教学内容，也是学生必须掌握的一项基本实践技能。长期以来，临床教师多采用模具进行教学，即使是数万元的模具，穿刺时手感不真实仍然是不可回避的，尤其是模具易损耗，限制了实际的使用。为了解决这一问题，本公司设计制造了一种穿刺虚拟教学训练系统，本系统具有高度仿真、零风险、低成本、可重复性和可指定性等优点，能高度逼真地模拟临床手术操作的全过程，完全可以解决传统手术实践方法的缺陷。
[0003]在本公司设计制造的穿刺虚拟教学训练系统中，标记工作是这个系统中一个重要的教学训练项目，起着承上启下的作用，在现实医疗实际中，标记工作也是一项很重要的工作，标记的正确与否关系着选择穿刺点是否成功，而是否正确选择穿刺点直接影响一场手术的成败，因此，使广大学生掌握正确的标记方法是很有必要的。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，提供一种高度仿真、零风险、低成本、可重复性和可指定性的穿刺虚拟教学训练系统，在此基础上开拓一种标记教学训练方法，能高度逼真地模拟临床手术操作的标记过程，完全可以解决传统手术实践方法的缺陷。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种基于穿刺虚拟教学训练系统的标记方法，其特征在于，包括操作平台，操作平台向上延伸部位设置有支撑结构，支撑结构上设置有可拆卸的操作屏幕，支撑结构向侧面延伸设置有控制屏幕，操作台上还是设置有器械托盘，器械托盘通过圆柱形支架与操作台相连，还包括用于在操作屏幕上进行标记操作的电容笔，还包括软件部分，软件部分由数据库、界面交互、3D渲染、物理引擎、GPU并行计算碰撞检测、柔体组织仿真和脚本语言组成。
[0006]本技术方案中的硬件采用模块化设置，其中，操作平台上可以安放医学模型，便于操作者进行操作，操作平台上支撑结构上设置操作屏幕，可以调用系统内的物理仿真和图形渲染模块，模拟真实的手术场景，逼真的画面让操作者有一种身临其境的感觉，操作屏幕可以拆卸，方便更换；支撑结构上设置控制屏幕，可以用来提示操作者，操作台上设置的器械托盘是模拟现实手术台上的器械托盘，上模可以放置各种医疗器械；本发明的电容笔是学生用来进行虚拟标记训练的，可以在操作屏幕上的3维人体模型上进行标记训练；本发明的软件部分可以通过编程实现，或者通过现有程序的加载，其中，数据库可以用来存储系统在各种状态下检测到的数据，界面交互可以为操作者提供了一个人机交互平台，操作者可以通过界面交互将各种指令输入系统中；3D渲染可以将系统中的各种几何图形转换成逼真的三维图形，给操作者身临其境的感觉，物理引擎和GPU并行计算碰撞检测可以将系统中的各种数据转换成视觉、听觉、嗅觉、触觉和加速度等，柔性组织仿真就是仿真人体内的各个组织器官，脚本语言又被称为扩建的语言，或者动态语言，是一种编程语言，用来控制软件应用程序。
[0007]使用本发明的标记训练过程，包括以下几个步骤:
第一步，标记准备，操作者使用所述控制屏幕调用穿刺虚拟教学训练系统中的3维人体模型；
第二步，标记操作，操作者使用所述电容笔在所述操作屏幕上的3维人体模型表面上进行标记；
第三步，系统运算，穿刺虚拟教学训练系统后台调用GPU并行计算碰撞检测，计算出操作者使用所述电容笔在所述操作屏幕上的标记轨迹与所述操作屏幕上的3维人体模型相交点信息并根据相交点信息修改对应的所述操作屏幕上的3维人体模型贴图上的颜色达到标记效果；
第四步，系统判断，穿刺虚拟教学训练系统后台根据所述操作屏幕上的3维人体模型贴图涂抹结果，判断标记形状是否正确并在所述操作屏幕上给出判断信息；
第五步，标记结束，操作者根据所述操作屏幕上的判断信息，结束本次标记操作，选择重新标记操作或者下一步操作。
[0008]本发明的优点是通过3维仿真，模拟真实标记笔，使用修改纹理贴图的技术，在人体模型上进行标记操作，通过实时修改显存数据，使用投影贴图的方式，在射线碰撞处，实现标记痕迹的效果，而且可循环操作，节省了教学器械的损耗。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的硬件示意图；
图2是本发明的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0010]为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
[0011]医生是实践性非常强的职业，要经过大量的实践和经验积累才能上岗。目前医生的实践训练对象主要为以下4种，但是都存在明显的缺陷:
尸体:无法重复使用，成本高，且越来越难获得；
动物:其组织结构与人不同，并且也无法重复使用，单次成本高。
[0012]以上两种方法均需在事前事后进行运输、人工搬运、目标固定、消毒、事后清理等工作，耗时费力；
病人:使用病人进行练习、考试极不道德，一但发生事故后果严重。
[0013]手术模拟箱:该设备仅可用于练习微创环境下的空间感，属于较初级的培训。例如用手术甜夹起?子。
[0014]本发明是由医学图像数据出发，应用计算机图形学重构出虚拟人体软组织模型，模拟出虚拟的医学环境，并利用触觉交互设备与之进行交互的手术系统，为医生提供一个虚拟3D环境以及可交互操作平台，逼真的模拟临床手术中标记消毒操作的全过程。实施例
[0015]如图1所示，一种基于穿刺虚拟教学训练系统的标记方法，其特征在于，包括操作平台，操作平台向上延伸部位设置有支撑结构，支撑结构上设置有可拆卸的操作屏幕，支撑结构向侧面延伸设置有控制屏幕，操作台上还是设置有器械托盘，器械托盘通过圆柱形支架与操作台相连，还包括用于在操作屏幕上进行标记操作的电容笔，还包括软件部分，软件部分由数据库、界面交互、3D渲染、物理引擎、GPU并行计算碰撞检测、柔体组织仿真和脚本语言组成。其中，本实施例的操作屏幕可以为平板电脑，平板电脑可以从系统上拆卸下来，平板电脑和系统还可以通过无线方式连接，无线操作功能使得教学授课、检测指导变得灵活、简单。
[0016]如图2所示，是本实施例的工作过程:
第一步，标记准备，操作者使用所述控制屏幕调用穿刺虚拟教学训练系统中的3维人体模型；
第二步，标记操作，操作者使用所述电容笔在所述操作屏幕上的3维人体模型表面上进行标记；
第三步，系统运算，穿刺虚拟教学训练系统后台调用GPU并行计算碰撞检测，计算出操作者使用所述电容笔在所述操作屏幕上的标记轨迹与所述操作屏幕上的3维人体模型相交点信息并根据相交点信息修改对应的所述操作屏幕上的3维人体模型贴图上的颜色达到标记效果；
第四步，系统判断，穿刺虚拟教学训练系统后台根据所述操作屏幕上的3维人体模型贴图涂抹结果，判断标记形状是否正确并在所述操作屏幕上给出判断信息；
第五步，标记结束，操作者根据所述操作屏幕上的判断信息，结束本次标记操作，选择重新标记操作或者下一步操作。
[0017]操作者使用电容笔，在操作屏幕上进行滑动，模拟医生在病人身上标记画十字的过程，程序实时获取触摸笔滑动轨迹，使用屏幕射线碰撞检测，实时判断更新标记笔在3维场景中的位置，通过实时修改显存数据，使用投影贴图的方式，在射线碰撞处，实现标记痕迹的效果，系统根据标记痕迹进行标记准确与否的判断。
[0018]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种基于穿刺虚拟教学训练系统的标记方法，其特征在于，包括操作平台，所述操作平台向上延伸部位设置有支撑结构，所述支撑结构上设置有可拆卸的操作屏幕，所述支撑结构向侧面延伸设置有控制屏幕，所述操作台上还是设置有器械托盘，所述器械托盘通过圆柱形支架与所述操作台相连，还包括用于在操作屏幕上进行标记操作的电容笔，还包括软件部分，所述软件部分由数据库、界面交互、3D渲染、物理引擎、GPU并行计算碰撞检测、柔体组织仿真和脚本语言组成。
2.根据权利要求1所述的基于穿刺虚拟教学训练系统的标记方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，标记准备，操作者使用所述控制屏幕调用穿刺虚拟教学训练系统中的3维人体模型； 第二步，标记操作，操作者使用所述电容笔在所述操作屏幕上的3维人体模型表面上进行标记； 第三步，系统运算，穿刺虚拟教学训练系统后台调用GPU并行计算碰撞检测，计算出操作者使用所述电容笔在所述操作屏幕上的标记轨迹与所述操作屏幕上的3维人体模型相交点信息并根据相交点信息修改对应的所述操作屏幕上的3维人体模型贴图上的颜色达到标记效果； 第四步，系统判断，穿刺虚拟教学训练系统后台根据所述操作屏幕上的3维人体模型贴图涂抹结果，判断标记形状是否正确并在所述操作屏幕上给出判断信息； 第五步，标记结束，操作者根据所述操作屏幕上的判断信息，结束本次标记操作，选择重新标记操作或者下一步操作。
【专利摘要】本发明涉及医学教学领域，具体是一种基于穿刺虚拟教学训练系统的标记方法，包括操作平台，操作平台向上延伸部位设置有支撑结构，支撑结构上设置有可拆卸的操作屏幕，支撑结构向侧面延伸设置有控制屏幕，操作台上还是设置有器械托盘，器械托盘通过圆柱形支架与操作台相连，还包括用于在操作屏幕上进行标记操作的电容笔，还包括软件部分，软件部分由数据库、界面交互、3D渲染、物理引擎、GPU并行计算碰撞检测、柔体组织仿真和脚本语言组成。
【IPC分类】G09B9-00, G09B23-28
【公开号】CN104680911
【申请号】CN201510108082
【发明人】于福东
【申请人】苏州敏行医学信息技术有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月12日