基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输系统及方法与流程

1.本发明涉及医疗教学领域，具体为基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输系统及方法。


背景技术：

2.ar技术就是增强现实，是指将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、味道、触觉等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。ar游历于虚拟现实和真实之间，用过特殊的处理方式或者利用特殊道具实现真实与虚拟相结合，那才是完美的和谐统一，最终会证实其用途的广泛性。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。
3.一体化教学体系，就是整理融会教学环节，把培养学生的职业能力的理论与实践相结合的教学作为一个整体考虑，单独制定教学计划与大纲，构建职业能力整体培养目标体系，通过各个教学环节的落实来保证整体目标的实现。一体化教学是职业教育的方法，旨在提高被教育者的综合素质，采用理论教学与实践相结合的方法，使受教育者能将所学的理论知识及时消化吸收，是一种立竿见影的教学方法。
4.对于医疗而言，在医疗教学的过程中，仅仅依靠理论知识是完全不够的，需要大量的实践去印证理论知识，但是医疗资源是有限的，预约实验室需要耗费大量时间，疫情下医疗资源更是十分紧缺，并且相关的医疗资讯更新速度很快，医疗技术也在不断发展，仅靠书本上的理论知识很难获取。
5.由此可知，如何将虚拟与现实进行交互，如何将医疗理论知识和实践操作相结合，进行一体化教学，如何对学习用户的学习能力进行评估，并在整个过程中进行数据加密是十分有必要的。因此，需要基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输系统及方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输系统及方法，通过ar技术和数据手套进行医疗教学，同时采集用户信息、实时学习信息和医疗资讯信息等，通过椭圆曲线数字签名算法对数据信息进行加密，通过虚拟试卷考核和pert算法对学习用户的学习情况以及学习能力进行评估，当出现异常情况时，进行报警提醒，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输系统，该医疗教学信息传输系统包括：数据采集模块、数据库、数据分析模块和终端显示单元；
8.所述数据采集模块与数据库相连接，数据库与数据分析模块相连接，数据分析模块与终端显示单元相连接；所述数据采集模块用于对用户信息、实时学习信息和医疗资讯信息进行采集，所述数据库用于对采集的数据信息进行加密传输，并对采集的信息和分析的结果进行存储，所述数据分析模块用于对采集的数据信息进行分析，所述终端显示模块用于对分析的结果进行显示，并且在出现异常情况的时候，进行报警提醒。
9.进一步的，所述数据采集模块包括学习端采集单元和教学端采集单元，所述学习端采集单元用于采集学习医疗课程用户的个人基础信息，例如用户姓名、身份证号和课程编号等，通过ar进行医疗一体化教学，讲解医疗理论知识，通过数据手套进行实践教学，采集用户的手部姿态信息，实时传递给虚拟环境，把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者，实现用户进行虚拟医疗实践，从而实现了虚拟与现实交互的医疗一体化交互教学模式，使操作者以更加直接、更加自然、更加有效的方式与虚拟世界进行交互，大大增强了互动性和沉浸感，在用户进行理论学习的同时能够进行实践，便于用户对知识点的深刻理解，节省了实际的医疗资源，同时采集用户的课程学习内容信息、对课程学习过程中的问题和学习时间信息，便于用户多次学习课程，复习回顾知识点；所述教学端采集单元用于采集教师基本信息、最新的医疗技术信息、医疗案例信息和教师对于所提问题的回答信息，同时根据分析结果对学习用户提出建议，便于学习用户了解到最新的医疗技术成果和医疗案例，防止出现学习的理论知识不及时更新的问题，教师能够及时回答问题，并对学习用户的学习提出建议，便于学习用户对医疗知识的理解，提高学习效率，从而能够更好的学习医疗课程。
10.进一步的，所述数据库包括数据加密单元和数据存储单元，所述数据加密单元通过采用椭圆曲线数字签名算法对采集的信息、课程信息和分析结果进行加密，使用公钥进行加密，学习用户在学习端通过不同的私钥进行签名解密，使用公钥进行验证签名是否合法；所述数据存储单元用于对采集的数据信息和分析结果进行存储。
11.进一步的，所述数据分析模块包括考核评分单元和学习时间评估单元，所述考核评分单元通过对学习用户对理论和实践的学习进行考核评分，评估其对该医疗课程的学习情况；所述学习时间评估单元通过pert网络分析法对用户学习课程所用的时间进行分析，便于对用户的学习能力进行评估把控。
12.进一步的，所述终端显示模块包括虚拟屏幕显示单元和报警提醒单元，所述虚拟屏幕显示单元用于通过ar虚拟屏幕在学习端显示分析结果和学习时间，在教学端通过显示设备显示分析结果，便于教师能够对学习用户的能力和进度进行把控，当出现异常情况时，进行报警提醒，例如学习时间超过阈值，提醒学习用户进行休息等。
13.基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输方法，包括以下步骤：
14.s1、对用户信息、实时学习信息和医疗资讯信息进行采集；
15.s2、通过椭圆曲线数字签名算法对采集信息进行加密传输，并进行存储；
16.s3、通过考核，对用户的理论与实践进行评估，通过pert算法对用户学习时间进行分析，并将分析结果进行存储；
17.s4、通过屏幕显示，对数据分析结果进行展示，并在出现异常情况的时候，进行报警提醒。
18.进一步的，在步骤s2中，采用椭圆双曲线数字签名算法对采集的信息进行加密传输，通过使用公钥进行加密，在学习端，每个用户通过报名不同的医疗课程获取不同的私
钥，从而进行签名解密，再使用公钥进行验证签名是否合法，确定进入教学系统的用户是否正确后进入系统；在教学端，教师通过申请的私钥进行解密，公钥验证信息，确定教师信息与系统录入的教师信息一致后进入系统，椭圆曲线数字签名算法是使用椭圆曲线密码对数字签名算法的模拟，椭圆曲线密码是一种基于椭圆曲线数学建立公开密钥加密的算法，数字签名是只有信息的发送者才能产生的别人无法伪造的一段数字串，这段数字串同时也是对信息的发送者发送信息真实性的一个有效证明，是用于鉴别数字信息的方法。椭圆曲线数字签名算法有以下优点：
19.(1)在已知公钥的情况下，无法推导出该公钥对应的私钥；
20.(2)可以通过某些方法来证明某人拥有一个公钥所对应的私钥，而此过程不会暴露关于私钥的任何信息。
21.从而能够有效保证数据的私密性和安全性，防止出现信息泄露的情况。
22.进一步的，在步骤s3中，通过虚拟试卷考核，对用户的理论与实践学习能力进行评估，综合能力评分z为：
[0023][0024]
其中，x为理论知识考核分数，y为实践操作考核分数，α为理论知识部分权值，β为实践操作部分权值，s为总分；设置阈值为z
阈
，当z《z
阈
时，判定用户学习能力弱，进行报警提醒；
[0025]
通过pert算法，对学习用户的学习时间和学习能力进行评估。pert就是计划评审技术，利用网络分析制定计划以及对计划给予评价的技术。采用pert网络分析法所获结果的质量很大程度上取决于事先对活动事件的预测，若能对各项活动的先后次序和完成时间都能有较为准确的预测，则通过pert网络的分析法可大大缩短项目完成的时间。
[0026]
在时间区间(m，n)中，
[0027][0028]
其中，a为用户学习的最短持续时间，也称为乐观估计时间，b为用户学习的最长持续时间，也称为悲观估计时间，t为估计用户学习的最可能时间，f为用户学习最可能使劲的可能性。
[0029]
则用户学习时间的期望时间t公式为：
[0030][0031]
用户学习时间的方差σ2公式为：
[0032][0033]
通过估算用户的学习时间与实际时间做比较，当实际时间比估算时间长时，系统将分析结果发送给学习用户和教师，对该用户的学习能力进行评估。
[0034]
进一步的，在步骤s4中，在学习端，通过ar技术，在虚拟屏幕中显示用户所学理论课程和实践课程，通过数据手套采集用户实际操作的动作数据，当实践操作出现错误时，显
示错误之处，并再次进行演示，用户能够仔细观看实践步骤，并进行操作，增强用户的动手能力，更好的将理论与实践相结合，通过监测学习时间，设置阈值，当超过阈值时进行报警提醒；同时，通过虚拟屏幕显示数据分析结果，便于学习用户对于自身的学习情况进行把控，当考核分数低于阈值或实际学习时间多于估算时间时，进行报警提醒；在教学端显示数据分析结果，教师根据结果对学习用户的能力进行评估，并提出建议。
[0035]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
[0036]
本发明通过ar技术和数据手套进行医疗教学，实现了虚拟与显示交互，节省了大量的医疗资源，并且让用户能够更好的将理论知识与实践操作相结合，从而对知识进行更好的吸收消化。同时采集用户信息、实时学习信息和医疗资讯信息等，便于用户能够及时了解到最新的医疗技术手段，医疗行业的发展情况。通过椭圆曲线数字签名算法对数据信息进行加密，保证用户的数据信息不被泄露，保证数据的私密性和安全性。通过虚拟试卷考核和pert算法对学习用户的学习情况以及学习能力进行评估，使用虚拟屏幕将分析结果展示给学习用户，让用户能够对自己当前的学习能力和学习情况进行一个评估和修整，并且将分析结果发送给对应的教师，教师对于用户的学习情况进行了解，从而提出意见，对于用户所提出的问题进行回复，及时有效的进行答疑解惑，实现医疗的一体化教学。当出现异常情况时，例如用户学习时间过长时，进行报警提醒，从而用户能够及时休息。
附图说明
[0037]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0038]
图1是本发明基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输系统的模块组成示意图；
[0039]
图2是本发明基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输方法的流程图；
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
请参阅图1-图2，本发明提供技术方案：基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输系统，该医疗教学信息传输系统包括：数据采集模块、数据库、数据分析模块和终端显示单元；
[0042]
所述数据采集模块与数据库相连接，数据库与数据分析模块相连接，数据分析模块与终端显示单元相连接；所述数据采集模块用于对用户信息、实时学习信息和医疗资讯信息进行采集，所述数据库用于对采集的数据信息进行加密传输，并对采集的信息和分析的结果进行存储，所述数据分析模块用于对采集的数据信息进行分析，所述终端显示模块用于对分析的结果进行显示，并且在出现异常情况的时候，进行报警提醒。
[0043]
进一步的，所述数据采集模块包括学习端采集单元和教学端采集单元，所述学习端采集单元用于采集学习医疗课程用户的个人基础信息，例如用户姓名、身份证号和课程
编号等，通过ar进行医疗一体化教学，讲解医疗理论知识，通过数据手套进行实践教学，采集用户的手部姿态信息，实时传递给虚拟环境，把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者，实现用户进行虚拟医疗实践，从而实现了虚拟与现实交互的医疗一体化交互教学模式，使操作者以更加直接、更加自然、更加有效的方式与虚拟世界进行交互，大大增强了互动性和沉浸感，在用户进行理论学习的同时能够进行实践，便于用户对知识点的深刻理解，节省了实际的医疗资源，同时采集用户的课程学习内容信息、对课程学习过程中的问题和学习时间信息，便于用户多次学习课程，复习回顾知识点；所述教学端采集单元用于采集教师基本信息、最新的医疗技术信息、医疗案例信息和教师对于所提问题的回答信息，同时根据分析结果对学习用户提出建议，便于学习用户了解到最新的医疗技术成果和医疗案例，防止出现学习的理论知识不及时更新的问题，教师能够及时回答问题，并对学习用户的学习提出建议，便于学习用户对医疗知识的理解，提高学习效率，从而能够更好的学习医疗课程。
[0044]
进一步的，所述数据库包括数据加密单元和数据存储单元，所述数据加密单元通过采用椭圆曲线数字签名算法对采集的信息、课程信息和分析结果进行加密，使用公钥进行加密，学习用户在学习端通过不同的私钥进行签名解密，使用公钥进行验证签名是否合法；所述数据存储单元用于对采集的数据信息和分析结果进行存储。
[0045]
进一步的，所述数据分析模块包括考核评分单元和学习时间评估单元，所述考核评分单元通过对学习用户对理论和实践的学习进行考核评分，评估其对该医疗课程的学习情况；所述学习时间评估单元通过pert网络分析法对用户学习课程所用的时间进行分析，便于对用户的学习能力进行评估把控。
[0046]
进一步的，所述终端显示模块包括虚拟屏幕显示单元和报警提醒单元，所述虚拟屏幕显示单元用于通过ar虚拟屏幕在学习端显示分析结果和学习时间，在教学端通过显示设备显示分析结果，便于教师能够对学习用户的能力和进度进行把控，当出现异常情况时，进行报警提醒，例如学习时间超过阈值，提醒学习用户进行休息等。
[0047]
基于虚拟现实交互的医疗一体化教学信息传输方法，包括以下步骤：
[0048]
s1、对用户信息、实时学习信息和医疗资讯信息进行采集；
[0049]
s2、通过椭圆曲线数字签名算法对采集信息进行加密传输，并进行存储；
[0050]
s3、通过考核，对用户的理论与实践进行评估，通过pert算法对用户学习时间进行分析，并将分析结果进行存储；
[0051]
s4、通过屏幕显示，对数据分析结果进行展示，并在出现异常情况的时候，进行报警提醒。
[0052]
进一步的，在步骤s2中，采用椭圆双曲线数字签名算法对采集的信息进行加密传输，通过使用公钥进行加密，在学习端，每个用户通过报名不同的医疗课程获取不同的私钥，从而进行签名解密，再使用公钥进行验证签名是否合法，确定进入教学系统的用户是否正确后进入系统；在教学端，教师通过申请的私钥进行解密，公钥验证信息，确定教师信息与系统录入的教师信息一致后进入系统，椭圆曲线数字签名算法是使用椭圆曲线密码对数字签名算法的模拟，椭圆曲线密码是一种基于椭圆曲线数学建立公开密钥加密的算法，数字签名是只有信息的发送者才能产生的别人无法伪造的一段数字串，这段数字串同时也是对信息的发送者发送信息真实性的一个有效证明，是用于鉴别数字信息的方法。椭圆曲线数字签名算法有以下优点：
[0053]
(3)在已知公钥的情况下，无法推导出该公钥对应的私钥；
[0054]
(4)可以通过某些方法来证明某人拥有一个公钥所对应的私钥，而此过程不会暴露关于私钥的任何信息。
[0055]
从而能够有效保证数据的私密性和安全性，防止出现信息泄露的情况。
[0056]
进一步的，在步骤s3中，通过虚拟试卷考核，对用户的理论与实践学习能力进行评估，综合能力评分z为：
[0057][0058]
其中，x为理论知识考核分数，y为实践操作考核分数，α为理论知识部分权值，β为实践操作部分权值，s为总分；设置阈值为z
阈
，当z《z
阈
时，判定用户学习能力弱，进行报警提醒；
[0059]
通过pert算法，对学习用户的学习时间和学习能力进行评估。通过pert算法，对学习用户的学习时间和学习能力进行评估。pert就是计划评审技术，利用网络分析制定计划以及对计划给予评价的技术。采用pert网络分析法所获结果的质量很大程度上取决于事先对活动事件的预测，若能对各项活动的先后次序和完成时间都能有较为准确的预测，则通过pert网络的分析法可大大缩短项目完成的时间。
[0060]
在时间区间(m，n)中，
[0061][0062]
其中，a为用户学习的最短持续时间，也称为乐观估计时间，b为用户学习的最长持续时间，也称为悲观估计时间，t为估计用户学习的最可能时间，f为用户学习最可能使劲的可能性。
[0063]
则用户学习时间的期望时间t公式为：
[0064][0065]
用户学习时间的方差σ2公式为：
[0066][0067]
通过估算用户的学习时间与实际时间做比较，当实际时间比估算时间长时，系统将分析结果发送给学习用户和教师，对该用户的学习能力进行评估。
[0068]
进一步的，在步骤s4中，在学习端，通过ar技术，在虚拟屏幕中显示用户所学理论课程和实践课程，通过数据手套采集用户实际操作的动作数据，当实践操作出现错误时，显示错误之处，并再次进行演示，用户能够仔细观看实践步骤，并进行操作，增强用户的动手能力，更好的将理论与实践相结合，通过监测学习时间，设置阈值，当超过阈值时进行报警提醒；同时，通过虚拟屏幕显示数据分析结果，便于学习用户对于自身的学习情况进行把控，当考核分数低于阈值或实际学习时间多于估算时间时，进行报警提醒；在教学端显示数据分析结果，教师根据结果对学习用户的能力进行评估，并提出建议。
[0069]
实施案例一：
[0070]
虚拟试卷考核中，理论知识和实践操作总分值均为100分，权值均为0.5，某用户虚拟试卷考核过程中，理论知识得分为70分，实践操作得分为55分，此时综合能力评分z为：
[0071][0072]
若阈值z
阈
＝60％，此时z《z
阈
时，判定用户学习能力弱，将考核结果以及分析结果分别发送给用户和教师，对该用户的学习情况进行修整。
[0073]
实施案例二：
[0074]
在时间区间(m，n)中，
[0075][0076]
其中，a为用户学习的最短持续时间，也称为乐观估计时间，b为用户学习的最长持续时间，也称为悲观估计时间，t为估计用户学习的最可能时间，f为用户学习最可能使劲的可能性。
[0077]
pert算法存在非负解，且非负解唯一。
[0078]
令显然0≤p≤1，由方程可得则
[0079]
(1-p)a2+(2p-1)a-pf2＝0；
[0080]
此时，该方程的判别式δ＝(2p-1)2+4(1-p)pf2≥(2p-1)2≥0，因此方程组存在解，且存在唯一非负解。
[0081]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0082]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。