基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的虛擬仿真軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)

摘要：文章重點(diǎn)闡述了計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備和虛擬仿真軟件的開發(fā)步驟并詳細(xì)介紹了相關(guān)工作需要的材料如集成仿真軟件、構(gòu)建模型、布置計(jì)算機(jī)斷層掃描室場(chǎng)景、設(shè)計(jì)界面等以有效優(yōu)化圖層從而提高軟件設(shè)計(jì)效率

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)斷層掃描;虛擬仿真;軟件開發(fā)

中圖法分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design and development of virtual simulation software based oncomputed tomography

WU Yingping

（Guangzhou International Economics College，Guangzhou 510540，China）

Abstract：The article focuses on the development steps of computer tomography equipment and virtual simulation software， and describes in detail the materials required for related work， such as integrating simulation software，building models，arranging electronic computer tomography room scenes，designing interfaces，etc.， in order to effectively optimize the diagram. layer，thereby improving the efficiency of software design.

Key words：computed tomography， virtual simulation， software development

1? 前言

計(jì)算機(jī)斷層掃描是現(xiàn)代最受歡迎的技術(shù)之一，其應(yīng)用范圍較為廣，能給醫(yī)護(hù)人員提供具體的人體解剖示意圖，讓疾病診斷信息更加多樣化，是目前最常用的疾病診斷和篩選方式。所以，掌握計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備的使用方法是臨床醫(yī)學(xué)、影像學(xué)專業(yè)學(xué)生不可或缺的技能（圖 1） 。但由于計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備非常昂貴，導(dǎo)致很多實(shí)驗(yàn)室內(nèi)只配備常用儀器，只有少部分學(xué)配備了計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備。因此，很多學(xué)校將學(xué)生送往醫(yī)院進(jìn)行實(shí)習(xí)，以提高學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。不過，雖然醫(yī)院擁有一定數(shù)量的計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備，但目前還無法做到“人手一臺(tái)”，再加上每天需要做大量臨床工作，給計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備的使用帶來了嚴(yán)重限制，導(dǎo)致學(xué)生無法全面掌握計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備的檢查方法和操作流程[1 ]。因此，這是目前高校急需解決的問題。而隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)逐漸應(yīng)用于教育行業(yè)，成為一種新型教學(xué)方式，能有效解除空間和時(shí)間上的限制，在一定程度上彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的缺陷。而若要充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的作用，必須根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況來設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件。為此，基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的虛擬仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生。本文重點(diǎn)闡述了計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備和虛擬仿真軟件的開發(fā)步驟，并詳細(xì)介紹了工作需要的材料，以有效優(yōu)化圖層，從而提高軟件設(shè)計(jì)效率[2 ]。

2? 開發(fā)工具

在開發(fā)虛擬仿真軟件的過程中，要加強(qiáng)對(duì) Animate 工具的掌握，從而判斷患者身體的詳細(xì)情況，再基于患者各方面情況利用 Photoshop 工具制作仿真視頻和圖片，并在后期對(duì)聲音和動(dòng)畫進(jìn)行處理，幫助醫(yī)護(hù)人員充分了解患者的具體情況，給予其最有效的治療。同時(shí)，應(yīng)確保應(yīng)用開發(fā)工具的合理性，從而順利制作基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的虛擬仿真軟件[3 ]。

3? 素材準(zhǔn)備

素材收集是建設(shè)計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備模型的核心環(huán)節(jié)，工作人員要利用專業(yè)的拍攝工具，全面拍攝斷層掃描室的照片，如儀器角度照片、患者運(yùn)動(dòng)軌跡等，再利用計(jì)算機(jī)詳細(xì)記錄所有檢查和操作過程，進(jìn)而整合所有數(shù)據(jù)。目前，一些常見的資料可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行下載，而部分特殊資料則可讓工作人員前往實(shí)地進(jìn)行拍攝和記錄，從而確保資料的完整性和準(zhǔn)確性，給基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的虛擬仿真模型的建立提供豐富的數(shù)據(jù)資源，確保模型建立工作順利進(jìn)行。

4? 模型建立

在基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的虛擬仿真模型中，常見的有掃描床、計(jì)算機(jī)斷層掃描儀、患者、監(jiān)控器，通過網(wǎng)上下載、實(shí)地拍攝的素材都存在不同方面的問題，需要利用 Photoshop 軟件進(jìn)行精細(xì)化處理。用 Photoshop 軟件打開圖片素材庫，再采用各種工具（如多邊形套索工具、快速選擇工具、磁性套索工具等）將其上傳至新文檔內(nèi)。由于現(xiàn)場(chǎng)拍攝的儀器照片存在重疊現(xiàn)象，因此其完整性有待提升，須使用填充工具、仿制印章工具對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，利用基于圖層的色階、曲線等工具調(diào)整照片的色彩和亮度，從而科學(xué)建立模型。此外，制作鍵盤、診療卡、窗戶、計(jì)算機(jī)顯示器等模型也十分重要[4]。

5? 計(jì)算機(jī)斷層掃描室場(chǎng)景設(shè)計(jì)

基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的虛擬仿真場(chǎng)所主要包括計(jì)算機(jī)斷層掃描儀器室、計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室。在計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室中，通常配備三臺(tái)普通計(jì)算機(jī)和一臺(tái)豎屏計(jì)算機(jī)，可對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行重新命名（計(jì)算機(jī) 1、計(jì)算機(jī)2、計(jì)算機(jī)3、計(jì)算機(jī)4），將4 臺(tái)計(jì)算機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境合理擺放在桌面上，再根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將所有基礎(chǔ)設(shè)備全面連接[5 ]。同時(shí)，要安裝防輻射玻璃窗，確保醫(yī)生及時(shí)觀察到計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室的詳細(xì)情況，從而加強(qiáng)計(jì)算機(jī)斷層掃描儀器室的使用效果。此外，要合理利用 Photoshop 軟件，選擇與模型尺寸相同的玻璃，再將玻璃安裝在新圖層上，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)光線情況調(diào)整圖層的透明度，以保證醫(yī)護(hù)人員獲得較好的視覺效果。另外，要在墻壁的合適位置安裝防輻射金屬門，給醫(yī)生進(jìn)出計(jì)算機(jī)斷層掃描儀器室提供通道，并構(gòu)建計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室場(chǎng)景，從而布置好計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室（圖2）。

計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查室主要由金屬門、掃描床、計(jì)算機(jī)斷層掃描儀、墻面、玻璃窗等構(gòu)件組成。其中，玻璃窗的作用是便于醫(yī)護(hù)人員觀察計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室的具體情況，從而根據(jù)實(shí)際情況對(duì)具體問題提出有效的解決措施;移動(dòng)掃描床以掃描床模型為基礎(chǔ)，給患者提供靈活的平躺空間;金屬門是計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查室最常見的構(gòu)件，其作用是讓工作人員自由出入兩個(gè)不同的場(chǎng)景（圖 3） 。兩個(gè)場(chǎng)景的切換是利用圖片切換來完成，縮短了切換流程，有利于為醫(yī)護(hù)人員營(yíng)造出計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室和計(jì)算機(jī)斷層掃描儀器室的真實(shí)效果[6]。

6? 計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查過程的仿真

當(dāng)將計(jì)算機(jī)斷層掃描室內(nèi)所有構(gòu)件全部布置完成，要針對(duì)計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查畫面進(jìn)行選擇，通過合理利用計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)行，從而準(zhǔn)確掌握患者運(yùn)動(dòng)軌跡、儀器運(yùn)行狀況等。同時(shí)，如果需要詳細(xì)查看患者的具體信息，可在計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室中連續(xù)點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)1，再點(diǎn)擊查看按鈕，即可幫助醫(yī)護(hù)人員查看患者的具體情況，從而采取最合適的治療方式。當(dāng)醫(yī)護(hù)人員點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)2 時(shí)，單擊檢查按鈕，便會(huì)自動(dòng)開啟系統(tǒng)，再將密碼和用戶名輸入到系統(tǒng)登錄頁面，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)擊檢查登記按鈕、信息界面等。若醫(yī)護(hù)人員要查看患者的具體信息，點(diǎn)擊患者診療卡信息即可，并能將患者的具體信息及時(shí)保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。當(dāng)醫(yī)護(hù)人員使用計(jì)算機(jī)3 時(shí)，點(diǎn)擊新患者選項(xiàng)即可查看近段時(shí)間所有患者的具體情況，再根據(jù)不同患者的身體情況和患病程度，對(duì)其進(jìn)行依次治療。這有利于醫(yī)護(hù)人員了解患者的治療進(jìn)度，從而獲得更好的治療效果（圖4）。

在醫(yī)護(hù)人員正式給患者進(jìn)行治療前，應(yīng)提前打開計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查室的金屬門，并在計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查室將現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景再現(xiàn)，再利用計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來掃描患者身體，最后利用3DS MAX 技術(shù)呈現(xiàn)“患者病情”。同時(shí)，要在“患者病情”頁面中添加控制器，從而使醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)判斷“患者病情”。此外，可利用專業(yè)設(shè)備將患者轉(zhuǎn)移到指定位置，并讓患者平躺在計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查床上。而若要完成這一動(dòng)作，必須制作檢查床和升降支架，從而將患者躺下的動(dòng)作完全用三維畫面呈現(xiàn)出來。

為了確保掃描架控件圖片具有一定的準(zhǔn)確性，要嚴(yán)格遵循操作順序來制作三維畫面，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，讓患者運(yùn)動(dòng)軌跡和模型達(dá)成一致。但由于通過不同比例視圖很難準(zhǔn)確觀察到掃描架控件的操作流程，因此醫(yī)護(hù)人員要合理控制視圖比例。在將掃描架控件應(yīng)用到 Animate 軟件后，將其轉(zhuǎn)換為影片剪輯模式，且可轉(zhuǎn)換為圖形元件，在合理位置添加關(guān)鍵幀，并將圖形元件放大，再利用按鈕和動(dòng)作圖層代碼，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊掃描架控件來移動(dòng)掃描床的效果。最后，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查室，即可立即返回計(jì)算機(jī)斷層掃描控制室[8]。

7? 總結(jié)

利用基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的虛擬仿真軟件，可以幫助醫(yī)護(hù)人員解決日常工作中出現(xiàn)的問題，給學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和工作經(jīng)驗(yàn)，讓醫(yī)護(hù)人員及時(shí)了解患者病情。同時(shí)，可利用模擬計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備來幫助醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，讓其逐漸擺脫空間和時(shí)間的束縛。通過利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以給學(xué)生帶來真實(shí)的場(chǎng)景體驗(yàn)，并將計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備、檢查流程、檢測(cè)原理、儀器操作流程等用更加直觀的方式呈現(xiàn)出來，如動(dòng)畫、圖形等，讓靜態(tài)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體式教學(xué)，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、自動(dòng)性和實(shí)踐能力，最終提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：

吳英萍（1982—） ，本科，高級(jí)工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、軟件技術(shù)、人工智能。