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、力、觸，動(dòng)感覺的虛擬環(huán)境，利用各種傳感設(shè)備使用戶進(jìn)入到該虛擬環(huán)境中 ，實(shí)現(xiàn)用戶和虛擬環(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虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到身臨其境的逼真感覺 ，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)生不能通過反復(fù)在病人身上進(jìn)行操作來提高臨床實(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，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。在視覺化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，用戶利用頭盔顯示器，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，不同于人類可以感知的信息。

學(xué)生通過對(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

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)過程中，運(yùn)用AR技術(shù)來實(shí)驗(yàn)和完善手術(shù)過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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