3D技術(shù)在導(dǎo)醫(yī)中的應(yīng)用

楊豪杰 馬凱 楊文濤 周建國 吳雪

【摘 要】隨著醫(yī)療衛(wèi)生水平的提高，醫(yī)院的規(guī)模逐漸擴大，出現(xiàn)了很多“區(qū)域型”的大型醫(yī)院，與以往醫(yī)院各個部門集中在一棟建筑中不同，“區(qū)域型”醫(yī)院中不同的部門所在的區(qū)域不同，包括急診中心、內(nèi)科住院部、外科住院部、門診部等，這種模式在提高醫(yī)療水平的同時也產(chǎn)生了一些問題，例如醫(yī)院部門分布復(fù)雜，患者在就醫(yī)的過程中不能準確地找到自己想要去的就診科室，在樓與樓之間來回尋找，浪費了患者的就診時間，也可能使患者產(chǎn)生厭煩情緒。為了解決這些問題，文章利用3D技術(shù)建造醫(yī)院模型，用三維圖像將“區(qū)域型”醫(yī)院的整體分布呈現(xiàn)在患者的眼前，并設(shè)置部門查找及路徑指導(dǎo)功能，幫助患者順利到達指定部門。

【關(guān)鍵詞】3D技術(shù);導(dǎo)醫(yī);“區(qū)域型”醫(yī)院

【中圖分類號】R197.324;TP311.52【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2021）01-0026-03

1 項目背景介紹

近年來，“區(qū)域型”醫(yī)院逐漸增多，醫(yī)院的部門分布越來越復(fù)雜，患者經(jīng)常無法快速且準確地找到自己想要前往的部門，雖然大多數(shù)醫(yī)院會在固定位置提供醫(yī)院的整體布局圖，但是由于平面圖的代入感較差，再加上患者的文化程度不一，理解能力不同，所以多數(shù)患者還是無法準確找到位置。而且，醫(yī)院內(nèi)部部門繁多，不僅難找，而且容易讓患者混淆，例如門診部又分為發(fā)熱門診、腹瀉門診、肝病門診等。

醫(yī)院內(nèi)部劃分有各種功能區(qū)域，例如掛號處、抽血處、繳費處、取藥處等，一些大型醫(yī)院為了方便患者，會設(shè)置多個相同的功能區(qū)，但患者因為不了解醫(yī)院復(fù)雜的環(huán)境，所以無法快速找到離自己最近的功能區(qū)，這些功能區(qū)的設(shè)置也未能及時分流病人。

“區(qū)域型”醫(yī)院的患者就醫(yī)診療和手續(xù)辦理過程比較復(fù)雜，在就醫(yī)診療方面，以肺動脈造影為例，需要先由呼吸科開具檢查單，然后患者拿著檢查單到審核處審核，審核通過后到護士站打造影劑，打完造影劑后再到造影室檢查，一個普通的輔助檢查就涉及4個不同的功能區(qū)，給患者就診過程帶來了很多的麻煩;在手續(xù)辦理方面，住院繳費、辦理出院、醫(yī)療保險報銷、醫(yī)療糾紛申訴等各種事務(wù)的辦理涉及多個部門，患者沒辦法清晰地了解手續(xù)的辦理流程，也沒辦法快速找到相應(yīng)的就診科室，容易產(chǎn)生厭煩的情緒。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，市場上主要的手機導(dǎo)航軟件有谷歌地圖、高德地圖及百度地圖。谷歌地圖是Google公司提供的電子地圖服務(wù)，可以提供含有全球城市、交通及商業(yè)信息的矢量地圖、不同分辨率的衛(wèi)星照片和顯示地形和等高線的地形視圖。高德地圖是由高德公司推出的可以提供地圖瀏覽、地圖渲染、在線導(dǎo)航、AR虛擬實景及出行查詢等功能的導(dǎo)航軟件。百度地圖是為用戶提供包括智能路線規(guī)劃、智能精準導(dǎo)航（駕車、步行、騎行）、實時路況、實時公交等與出行相關(guān)服務(wù)的平臺，隨著百度地圖Android客戶端上線，百度地圖逐漸成為人們出行的必備工具，并且隨著近幾年的不斷發(fā)展，百度地圖結(jié)合AI和圖像識別技術(shù)獨創(chuàng)了圖像識別采集技術(shù)，還上線了AR步導(dǎo)、AR導(dǎo)游等實用功能，更加方便用戶的出行。但是，隨著人們出行量的增多和城市規(guī)模的擴大，平面導(dǎo)航已經(jīng)不能滿足人們出行的需求，人們希望可以擁有一款3D地圖導(dǎo)航軟件更加形象、具體地幫助人們出行。截至目前，谷歌地圖、高德地圖和百度地圖都開發(fā)了3D地圖功能，但是受限于室內(nèi)衛(wèi)星信號弱等原因，精確的室內(nèi)導(dǎo)航目前依舊無法實現(xiàn)。1992年，英國劍橋ORL（Olivetti Research Ltd.）開發(fā)了Active Badge系統(tǒng)，是一個只能用于室內(nèi)定位的基于蜂窩單元的定位系統(tǒng)，同時是最早期的室內(nèi)定位系統(tǒng)之一。此后，相繼有RADAR定位系統(tǒng)、Cricket系統(tǒng)、AHLOS（Ad-hoc Localization System）系統(tǒng)及Calamari系統(tǒng)等出現(xiàn)[1]，推動室內(nèi)導(dǎo)航不斷向前發(fā)展。目前，國內(nèi)的室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)主要包括四旋翼無人機[2]、MEMS傳感器[3]、超聲波[4]等，但它們都或多或少地存在一些不足。

3 項目需求分析

為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的醫(yī)療保健需求，醫(yī)院規(guī)模不斷擴大，提高就診效率的同時也產(chǎn)生了一些問題。

（1）隨著各種醫(yī)療App的出現(xiàn)，人們可以輕松地通過手機掛號，省掉了排隊等候的時間，但是到了醫(yī)院卻不熟悉就診流程，甚至無法找到就診科室。

（2）現(xiàn)如今，地區(qū)醫(yī)療水平差異較大，跨省就醫(yī)、跨國就醫(yī)的患者逐漸增多，但是由于交流困難、不熟悉醫(yī)院環(huán)境等，導(dǎo)致患者就診效率不高。

（3）隨著醫(yī)院規(guī)模的擴大和學(xué)科領(lǐng)域的細化，醫(yī)院內(nèi)部出現(xiàn)了各種各樣的功能區(qū)，雖然提高了醫(yī)療水平，但是也在一定程度上增加了患者的就診難度。

（4）醫(yī)院就診、檢查、辦理手續(xù)程序復(fù)雜，患者無法清晰地了解全部流程。

根據(jù)中華人民共和國國家衛(wèi)生健康委員會官方數(shù)據(jù)庫顯示，截至2018年9月30日，全國三甲醫(yī)院共計705家、二甲醫(yī)院共計1 888家，綜合性醫(yī)院數(shù)量的增多和規(guī)模的擴大讓醫(yī)院對導(dǎo)醫(yī)系統(tǒng)的需求越來越迫切。為解決這個問題，各地醫(yī)院實施了以下措施：①增加醫(yī)院各處的導(dǎo)醫(yī)人員數(shù)量，現(xiàn)場指導(dǎo)就醫(yī)過程，解答在就診過程中遇到的各種問題;②設(shè)置醫(yī)院平面圖幫助患者了解具體方位;③延長門診時間、增加掛號容量，讓更多的患者能輕松就醫(yī)。但是，隨著就診人數(shù)的不斷增加，這些措施的弊端逐漸顯現(xiàn)出來，而應(yīng)用3D技術(shù)的導(dǎo)醫(yī)系統(tǒng)卻可以輕松地解決這一難題。截至目前，還沒有將醫(yī)院3D建模與導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合起來的研究，所以該領(lǐng)域具有非常大的研究價值和社會效益。

3D技術(shù)在導(dǎo)醫(yī)中的應(yīng)用，一方面可以使患者清晰且直觀地看到醫(yī)院的整體布局及醫(yī)院內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，幫助患者精準地到達目的地，還可以顯示就診流程及注意事項、各功能科室的檢查內(nèi)容等信息，在很大程度上提高了患者的就診效率;另一方面可以幫助醫(yī)院節(jié)省人力、物力、財力等，使醫(yī)療資源得到更好的利用。

4 項目研究內(nèi)容

4.1 醫(yī)院3D模型的構(gòu)建

（1）醫(yī)院建筑物3D信息的獲?。豪萌S激光掃描技術(shù)[5]或基于Barista軟件的高分辨率遙感影像技術(shù)[6]獲取醫(yī)院建筑物的3D信息。三維激光掃描技術(shù)利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，快速復(fù)建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)，具有快速性，不接觸性，實時、動態(tài)、主動性，高密度、高精度，以及數(shù)字化、自動化等特性，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項測繪技術(shù)新突破。

（2）數(shù)據(jù)處理：對獲取的建筑物數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)配準、數(shù)據(jù)過濾及坐標系轉(zhuǎn)換[7]。數(shù)據(jù)配準：找出坐標系之間的變換關(guān)系，將兩個以上坐標系中的大容量三維空間數(shù)據(jù)點集轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標系中。目前，主流的方法有點集對點集的配準方法（PSTPS）、迭代最近點方法（ICP）、基于點線面幾何特征約束的配準方法（GFC）、多幅影像數(shù)據(jù)的整體配準方法（MVS）。數(shù)據(jù)濾波：在對建筑物掃描數(shù)字化的過程中，建筑物前存在樹木、路燈、行人、車輛等遮擋物、建筑物表面存在的玻璃等透明物體會形成冗余數(shù)據(jù)，給后期的實物模型重構(gòu)帶來很大影響，為了更好地提取建筑物的特征數(shù)據(jù)，可以通過中值濾波、均值濾波、高斯濾波等方法進行平滑處理[8]，將這些錯誤點等去除。坐標系轉(zhuǎn)換：建立兩個坐標系統(tǒng)之間一一對應(yīng)的關(guān)系，將一種坐標系統(tǒng)變換到另一種坐標系統(tǒng)。目前的主要方法有格網(wǎng)法、多參數(shù)法、多元回歸法等。

（3）模型構(gòu)建：利用Auto CAD構(gòu)建高精度線框模型，再使用3DMax高效創(chuàng)建模型。Auto CAD具有完善的圖形繪制功能和強大的圖形編輯功能，在建模過程中可以保證很高的精確度，而3Dmax擁有可堆疊的建模步驟，使制作模型有非常大的彈性，可以制成效果更好、更貼合實際的建筑模型。將兩者結(jié)合起來，取長補短，更好地實現(xiàn)建筑物的三維建模[9]。醫(yī)院3D技術(shù)的導(dǎo)醫(yī)系統(tǒng)功能設(shè)計如圖1所示。

4.2 部門查找及路徑指導(dǎo)功能的實現(xiàn)

利用編碼完成部門查找及路徑指導(dǎo)功能，并提供智能語音導(dǎo)航。

4.3 就醫(yī)診療和手續(xù)辦理指導(dǎo)功能的實現(xiàn)

建立數(shù)據(jù)庫，錄入醫(yī)院各種輔助檢查的檢查程序及各種手續(xù)辦理的具體流程，設(shè)置功能查找模塊，患者輸入檢查項目或者手續(xù)名稱后自動顯示具體流程，并在3D模型上顯示路線（如圖2所示）。

5 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，人們對自己的身體健康狀態(tài)越來越關(guān)注，對醫(yī)院的需求和要求也越來越高。為了滿足人民日益增長的需求，醫(yī)院不斷擴建，增加了各種各樣的功能區(qū)，形成占地規(guī)模巨大的“區(qū)域型”醫(yī)院，為人們的身體健康提供了更好的保障，但是同時也產(chǎn)生了一些問題，面積過大及功能區(qū)過多給患者的就診過程帶來了很大的不便，很多醫(yī)院為了解決這一問題，專門雇傭人員指導(dǎo)患者就醫(yī)，但是這需要投入一定財力、人力及物力，而且導(dǎo)診的效率不高，在就診人流量大時無法應(yīng)對。如何協(xié)助患者精確地找到目標科室成為一個迫切需要解決的問題。研究人員從百度地圖的導(dǎo)航中獲得靈感，將3D建模技術(shù)與導(dǎo)航功能相結(jié)合，從平面導(dǎo)航升級到三維導(dǎo)航，幫助患者解決就診難、就診慢的問題。

三維導(dǎo)航相較于平面導(dǎo)航與人工導(dǎo)航具有以下優(yōu)勢：①更直觀地顯示目的地的具體方位。②節(jié)約人力資源，提高導(dǎo)診效率。③提高患者就診滿意度，改善醫(yī)患關(guān)系。三維導(dǎo)航目前存在的限制因素如下：①建筑物建?；ㄙM時間長。②3D建筑物模型數(shù)據(jù)信息量巨大，一般手機無法保證功能正常運行。但是，隨著3D建模技術(shù)的逐漸發(fā)展，利用各種方法獲取建筑物信息并建造3D模型的技術(shù)也逐漸成熟，而且5G時代的到來可以更好地支撐3D模型的通用需求，讓3D模型的巨大潛力發(fā)揮出來。

來到醫(yī)院，不管是患者還是患者家屬，心中肯定充滿了焦慮與緊張，如果在就診的過程中再遇到各種各樣的問題，肯定會產(chǎn)生怨念。目前，國內(nèi)醫(yī)患關(guān)系緊張，本文認為除了醫(yī)生與患者之間存在溝通問題外，還有患者與患者家屬在就診前，對疾病的擔(dān)心和對醫(yī)院復(fù)雜環(huán)境的擔(dān)憂，而通過三維導(dǎo)航可以幫助患者及家屬快速地熟悉醫(yī)院環(huán)境，不會在掛號看病、做檢查、取藥、繳費等過程中因為找不到地方而產(chǎn)生焦慮情緒，這也是緩解與改善醫(yī)患關(guān)系的關(guān)鍵一步。

參 考 文 獻

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[3]韓盈黨.基于MEMS傳感器室內(nèi)導(dǎo)航的系統(tǒng)設(shè)計[D].西安：西安郵電大學(xué)，2014.

[4]周先贊.基于超聲波的室內(nèi)導(dǎo)航定位方法研究[D].南昌：南昌大學(xué)，2016.

[5]吳靜，靳奉祥，王健.基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的建筑物三維建模[J].測繪工程，2007（5）：57-60.

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[7]吳靜，靳奉祥，王健.基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的建筑物三維建模[J].測繪工程，2007（5）：57-60.

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[9]婁啟業(yè)，程效軍，譚凱.基于AutoCAD和3DMax的建筑物三維建模[J].工程勘察，2013，41（11）：71-74.