基于AR技術(shù)的醫(yī)學(xué)生人體手術(shù)操作系統(tǒng)

于欽君　李麗新　王沿州　趙宏民　姜濤　劉科旭

【摘要】在目前云技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的大背景下，多種前沿技術(shù)的融合變得更加容易。醫(yī)學(xué)生實(shí)際操作變的更加容易，實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)變得更加豐富，大大的降低犯錯(cuò)的幾率。通過(guò)高效的云計(jì)算作為支撐，可以極大地豐富智能控制的功能。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 智能設(shè)備 云技術(shù)

一、引言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)利用智能環(huán)境生成一種真實(shí)的視、聽(tīng)、力、觸，動(dòng)感覺(jué)的虛擬環(huán)境，利用各種傳感設(shè)備使用戶(hù)進(jìn)入到該虛擬環(huán)境中 ，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)和虛擬環(huán)境直接進(jìn)行信息交換，這是一種全新的人機(jī)交換技術(shù) ，利用這種技術(shù) ，可以模擬真實(shí)的事物 ，它是以交互性和構(gòu)思性為基本特征的智能高級(jí)界面。使用者不僅能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到身臨其境的逼真感覺(jué) ，而且能夠突破時(shí)空以及其它客觀限制 ，感受到在真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)和經(jīng)歷。

二、系統(tǒng)研究的意義及原因

從本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)角度：使學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，能夠自主的完成軟件項(xiàng)目研發(fā)的環(huán)境建構(gòu)、需求分析、性能分析、總體設(shè)計(jì)、代碼開(kāi)發(fā)、終端調(diào)試、后期維護(hù)等內(nèi)容，從而在軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的整個(gè)流程中得到有效的鍛煉。真正作到了學(xué)以致用，教學(xué)與實(shí)際相結(jié)合。為參與項(xiàng)目的學(xué)生提供最真實(shí)的實(shí)際工作環(huán)境，保證學(xué)生從畢業(yè)生向軟件工程師的順利過(guò)渡。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將成為一種新型的媒介可以將通過(guò)掃描獲得的人體透視三維圖形疊加在相應(yīng)的身體部位，外科醫(yī)生在給病人動(dòng)手術(shù)的過(guò)程中，看到配準(zhǔn)到病人身體上情況進(jìn)行指導(dǎo)，同時(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還可用于虛擬人體解剖圖、虛擬人體功能、虛擬手術(shù)模擬、遠(yuǎn)程手術(shù)等，在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教育中，如人體標(biāo)本解剖和各種手術(shù)實(shí)訓(xùn)，受標(biāo)本、場(chǎng)地等限制，實(shí)訓(xùn)費(fèi)用高昂。同時(shí)，醫(yī)學(xué)生不能通過(guò)反復(fù)在病人身上進(jìn)行操作來(lái)提高臨床實(shí)踐能力、臨床實(shí)踐具有較大風(fēng)險(xiǎn)等。而虛擬現(xiàn)實(shí)的直觀和體驗(yàn)特性卻可以很好地解決以上問(wèn)題。

三、平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.軟硬件設(shè)計(jì)

真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫(huà)面或空間同時(shí)存在。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅展現(xiàn)了真實(shí)世界的信息，而且將虛擬的信息同時(shí)顯示出來(lái)，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。在視覺(jué)化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，用戶(hù)利用頭盔顯示器，把真實(shí)世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實(shí)的世界圍繞著它。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含了多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)視頻顯示及控制、多傳感器融合、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)、場(chǎng)景融合等新技術(shù)與新手段。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供了在一般情況下，不同于人類(lèi)可以感知的信息。

學(xué)生通過(guò)對(duì)AR操作系統(tǒng)的研發(fā)，在需求分析、性能分析、總體設(shè)計(jì)、代碼開(kāi)發(fā)、終端調(diào)試這五個(gè)方面得到充足的鍛煉，進(jìn)而成為一名優(yōu)秀的軟件工程師，且學(xué)生通過(guò)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目將學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，為國(guó)家提供了高科技創(chuàng)新型人才。

四、結(jié)語(yǔ)

AR的一種計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，這種技術(shù)是將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息融合到使用者眼前的真實(shí)世界，增強(qiáng)了使用者對(duì)真實(shí)世界的感應(yīng)能力。由于其虛實(shí)結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景本論文的研究目的是將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用醫(yī)療外科手術(shù)導(dǎo)航中，使醫(yī)生在計(jì)算機(jī)上能看到病人的身體情況，并在計(jì)算機(jī)上模擬手術(shù)過(guò)程，提高手術(shù)的完成質(zhì)量。目前，我國(guó)在這方面的研究還處在起步階段。

在醫(yī)學(xué)手術(shù)過(guò)程中，運(yùn)用AR技術(shù)來(lái)實(shí)驗(yàn)和完善手術(shù)過(guò)程已成為一種必要的趨勢(shì)，在三維技術(shù)支持下，這種AR技術(shù)在醫(yī)學(xué)中已成為可能，AR操作環(huán)境的使用既能保證病人的安全，提高手術(shù)效率，又能規(guī)避手術(shù)所遇到的錯(cuò)誤，提高手術(shù)質(zhì)量，使手術(shù)成功率提高，提高病人存活率，為中國(guó)醫(yī)療事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

該市場(chǎng)領(lǐng)域內(nèi)，目前的研究方向主要集中在模擬訓(xùn)練和康復(fù)治療兩大塊。在可預(yù)期的時(shí)間內(nèi)，醫(yī)療方面，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用將從現(xiàn)在淺層的遠(yuǎn)程視頻、錄像應(yīng)用等，向更高層次的智能系統(tǒng)集成、配套醫(yī)學(xué)技術(shù)方案等方向發(fā)展，隨著技術(shù)不斷完善成熟，其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加深入擴(kuò)大。

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