本发明属于教学工具领域，具体涉及一种基于AR增强现实技术的侧脑室穿刺手术教学工具。
背景技术：
侧脑室左右各有一个，是脑室系统中最大者，位于大脑半球内借室间孔与狭窄的第3脑室相连通。侧脑室手术主要用于：①因脑积水引起严重颅内压增高的病人，病情重危甚至发生脑疝或昏迷时，先采用脑室穿刺和引流，作为紧急减压抢救措施，为进一步检查治疗创造条件。②脑室内有出血的病人，穿刺引流血性脑脊液可减轻脑室反应及防止脑室系统阻塞。③开颅术中为降低颅内压，有利于改善手术区的显露，常穿刺侧脑室，引流脑脊液。术后尤其在颅后窝术后为解除反应性颅内高压，也常用侧脑室外引流。
侧脑室穿刺手术是神经外科手术重要环节，是神经外科医生必须熟练掌握的基本技能。侧脑室穿刺手术中穿刺点位置确定以及方向全凭医生经验以及手感确定，在侧脑室穿刺手术中容易引起术后并发症的原因：穿刺或者放置引流管时，动作不适当导致损伤脉络丛或脑血管壁；脑室引流过快，脑室壁的血管和脉络丛会发生渗血，引起血性脑脊液。侧脑室穿刺手术是临床外科医生必须熟练掌握的操作，其准确性在整个手术中至关重要。
目前医学院的教学以及医院的医师培养方式中，经验较少的医师和医学院的学生，只有在临床见习中才能够充分理解掌握理论知识并运用在实例中。但由于每个医院的穿刺手术病例出现频率不同；各种不同病例的穿刺方案各不相同，但不同的病例并不能在见习中都遇见，这就影响到了临床见习者全面的学习穿刺手术。
随着AR增强现实的不断发展，使得人们可以通过手机或电脑屏幕来观察到虚拟的世界，与图像识别相结合，为虚拟手术操作提供了技术支持。
技术实现要素：
为了改进现有技术的缺陷，本发明提供一种基于AR增强现实技术的侧脑室穿刺手术教学工具。
本发明采用以下技术方案：一种基于AR增强现实技术的侧脑室穿刺手术教学工具，其包括：脑组织三维模型库，所述脑组织三维模型库由脑组织的图像数据筛选出经典的穿刺病例资料导入并重建而成； 穿刺手术器械三维模型库，所述穿刺手术器械三维模型库通过3d Max对穿刺手术工具进行建模而成；在穿刺手术操作模块中根据手持的可识别工具不同，在屏幕中将该可识别工具替换成相应的手术工具供使用者操作；识别模块，通过所述识别模块对操作工具进行识别，获得相应的操作命令，既进入不同的穿刺教学模块中， 或在穿刺手术操作模块中跟踪多个可识别工具的空间位置，从而根据可识别工具在屏幕中将模拟穿刺手术操作情况反应给使用者；穿刺手术教学模块，通过所述识别模块识别工具进入该模块，该模块分为两大部分，一部分是对脑组织的基本结构知识进行介绍，另一部分是展示穿刺手术的规范操作；以及穿刺手术操作模块，通过所述识别模块识别指定的工具，根据识别模块跟踪到的工具之间相对位置对应到屏幕里的虚拟手术环境中的穿刺手术操作，在屏幕中观察虚拟环境下的穿刺手术情况。
在本发明一实施例中，运用Mimics与Geomagic对筛选出的病例资料进行逆向工程建模；重建脑组织三维模型，利用3d Max对脑组织三维模型的大脑皮层进行后期的颜色分区并在头皮模型进行开颅标记。
在本发明一实施例中，所述的可识别工具分为教学卡片、各种穿刺病例识别工具、手术器械识别工具；手术器械识别工具为手持式。
在本发明一实施例中，所述穿刺手术的操作步骤包含头皮定位、切开头皮、钻孔取颅骨、穿刺、结果判断、颅内压显示；所述述的穿刺手术的操作步骤通过对头皮、颅骨、脑组织的各个结构进行显示或隐藏来确认穿刺的位置。
在本发明一实施例中，当使用者进行穿刺手术操作时，在屏幕中观察虚拟环境下的穿刺手术情况的同时，系统会对操使用者的操作进行实时反馈提示，风险提醒与穿刺手术结果判断。
在本发明一实施例中，所述穿刺手术的操作模块中，进行穿刺操作时系统跟踪穿刺针的位置来对使用者的穿刺方位进行矫正提示。
与现有技术相比，本发明通过现有的算法，实现在摄像头下现实世界中的操作与电脑中的虚拟穿刺手术环境进行交互。其目的是让医学院的学生或者经验较少的医生能够对整个穿刺手术的操作过程、手术过程中各种紧急情况、不同病例的穿刺方案等方面进行教学与实践操作，培养他们对侧脑室在大脑中位置的认识、穿刺手法的掌握以及穿刺方案的确定，使用者可以通过本发明系统的学习侧脑室穿刺手术，极大地降低医院和学校教学成本，医生与学生可利用本发明进行反复训练，只要携带识别工具与电脑或手机即可在任何地方进行训练。
附图说明
图1为本发明的系统模块图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
一种基于AR增强现实技术的侧脑室穿刺手术教学工具，其包括：脑组织三维模型库，所述脑组织三维模型库由脑组织的图像数据筛选出经典的穿刺病例资料导入并重建而成； 穿刺手术器械三维模型库，所述穿刺手术器械三维模型库通过3d Max对穿刺手术工具进行建模而成；在穿刺手术操作模块中根据手持的可识别工具不同，在屏幕中将该可识别工具替换成相应的手术工具供使用者操作；识别模块，通过所述识别模块对操作工具进行识别，获得相应的操作命令，既进入不同的穿刺教学模块中， 或在穿刺手术操作模块中跟踪多个可识别工具的空间位置，从而根据可识别工具在屏幕中将模拟穿刺手术操作情况反应给使用者；穿刺手术教学模块，通过所述识别模块识别工具进入该模块，该模块分为两大部分，一部分是对脑组织的基本结构知识进行介绍，另一部分是展示穿刺手术的规范操作；以及穿刺手术操作模块，通过所述识别模块识别指定的工具，根据识别模块跟踪到的工具之间相对位置对应到屏幕里的虚拟手术环境中的穿刺手术操作，在屏幕中观察虚拟环境下的穿刺手术情况。脑组织三维模型库，为使虚拟手术环境中的患者的头部、大脑模型符合真实的手术操作要求。本发明中的人体相关的部位均从医院CT扫描（CTA，CTV图像）、MRI等脑组织的图像数据筛选出最经典的病例资料，运用Mimics与Geomagic进行逆向工程建模，重建脑组织三维模型。为了能够达到更好的教学效果，本发明利用3d Max对大脑皮层进行后期的颜色分区并在头皮模型进行开颅标记。主要流程示意图参见图1。穿刺手术教学模块通过这两部分的学习可令使用者对于穿刺手术的相关知识有全面、系统的认识，了解术时与术后可能出现的情况及相应的处理措施。
在本发明一实施例中，所述的可识别工具分为教学卡片、各种穿刺病例识别工具、手术器械识别工具；手术器械识别工具为手持式。
在本发明一实施例中，所述穿刺手术的操作步骤包含头皮定位、切开头皮、钻孔取颅骨、穿刺、结果判断、颅内压显示；所述述的穿刺手术的操作步骤通过对头皮、颅骨、脑组织（大脑皮层、神经血管、侧脑室）的各个结构进行显示或隐藏来确认穿刺的位置。
在本发明一具体实施例中，识别模块利用摄像头实时的采集使用者手持的可识别工具，识别当前工具的轮廓与图标识别，也对当前捕捉到的工具间相互位置数据采集；穿刺手术教学模块，可通过识别工具进入该模块，每部分教学内容对应一张识别卡片，使用者只需根据卡片上的文字提示来观看需要的教学内容；穿刺手术操作模块，系统调用摄像头识别特定的工具，根据识别模块跟踪到的工具之间相对位置数据对应到屏幕里的虚拟手术环境中的穿刺手术操作，在屏幕里的虚拟穿刺手术环境也发生的相应交互，产生开颅、流血、脑积液流出等手术效果。
更进一步的，为了达到更好的教学效果，当使用者进行穿刺手术操作时，在屏幕中观察虚拟环境下的穿刺手术情况的同时，系统会对操使用者的操作进行实时反馈提示，风险提醒与穿刺手术结果判断。较佳的，所述穿刺手术的操作模块中，进行穿刺操作时系统跟踪穿刺针的位置来对使用者的穿刺方位进行矫正提示。
更进一步的，为了丰富使用者学习的穿刺病例，本发明中根据查看不同CT，肿瘤常发生部位的病例来供使用者选择，使用者必须明确知道肿瘤的位置才能采取正确的穿刺方案。因此对于不同病例，穿刺手术正确与否采用的判定方式各不相同。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。