CN103942405A - 三维医学数据仿真模拟的远程共享与交互研讨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实现了一种三维医学数据仿真模拟的远程共享与交互研讨的方法，其利用三维医学数据模型进行变形模拟实现对各种病理病变的仿真模拟，以及采用多种医学图像数据形式进行远程共享和远程交互研讨，在一定程度上展现多种医学数据的丰富性和真实性，能够使得医疗学习人员对病人的病理分析研讨更加准确；并利用一种传输方法，可将模型从几何空间域转换到频域上进行数据传输，之后接收端将数据从频域反转换到几何空间域的一种算法，该算法能够使传输的数据量较少，压缩比更高，传输更快等特点。这样更能够使得异地医疗人员更加快捷的进行医疗交流和互助研讨。
Description
技术领域
本发明涉及医疗模型的仿真模拟以及网络通信技术等内容，属于计算机仿真应用技术领域。
背景技术
目前针对远程医疗中三维医学仿真数据的远程共享和传输是一个重要问题，在远程医疗数据仿真是远程医疗技术中一种对数据交流和展示的方法，是利用现代通信网络，结合计算机多媒体技术，并传输多媒体医疗信息来实现远距离的医疗数据的共享和医疗人员之间的交流研讨的活动。而远程医疗可减少边远地区病人求医的费用和求医诊治花费的时间，节省往返各地的费用和时间，也可以提供分散的医院之间的远程交流和协作，使医院能接触更广泛的病例，提高医疗水平，尤其对提高地广人稀地区的医疗水平可以起到重要的作用，因此三维医学数据仿真模拟的远程共享与交互是解决远程医疗在数据传输方面的问题。
在远程医疗在发展中也出现亟待解决的问题：（1）三维医学数据形式：目前的远程会诊或交流中，病理资料仅仅是以图像信息或文字信息等，缺少三维医学数据仿真模拟。（2）网络传输不足：远程医疗必须首先保证网络的通信效率，如果仅仅采用文字图片等较少的信息量进行传输，则会对效果产生了影响。如何解决比较大数据量的实时传输和交互共享，也是问题之一。
针对上述问题，本文结合虚拟现实技术对人体三维组织器官进行模拟仿真，并通过变形传输算法对模型进行相应变形和远程共享，从而实现多种医疗数据形式以及三维模型数据的远程共享和交流讨论目的。
发明内容
本发明的目的是解决目前远程医疗教学中三维医学数据和实时通信技术等问题，本程序结合虚拟现实技术对人体组织器官进行模拟仿真，实现三维人体组织器官对病变的模拟，并通过网络可以进行实时变形传输与交互功能，以及提供多种形式的医疗数据形式与辅助医疗教育，达到远程医疗教学的目的。
为完成本发明的目的，本发明采用的技术方案是：三维医学数据仿真模拟的远程共享与交互研讨的方法:
（1）从系统数据库中读取文字、图形图像医疗数据，并对这些医学数据进行对比展示；
（2）读取三维医疗数据模型并对模型进行仿真变形；
（3）对变形后的仿真模型与步骤（1）中的数据进行对比学习；
（4）系统通过网络传输功能实现远程医疗人员之间的交流，以及采用谱变换的数据传输方法对仿真三维模型进行远程传输。
该方法数据压缩比高，传输的数据量较少等特点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）对于医疗知识的学习采用了多种数据形式，使得学习内容丰富；
（2）三维人体组织器官变形，使用了空间变形和骨骼序列结合的方法，使得变形效率高，仿真效果好；
（3）数据传输采用了谱变换方法，使得传输数据量少，传输共享效率更快快。
附图说明
图1为本发明的系统数据展示界面规划图；
图2为本发明的模型与包围盒之间关系图
图3为分发明的包围盒表面采样点示意图
图4为本发明的空间算法流程图；
图5为本发明的模型传输方法的整体流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的具体状态作说明，但是本发明不限于图示例。
本发明设计了一种实现三维医学数据仿真模拟的远程共享与交互研讨的方法,利用该方法实现对多种医学图像数据以及三维医学仿真数据的远程共享和远程交互研讨等功能。
在该方法实现的系统中能够实现多种数据共同展示，在系统客户端显示区域中会分隔出三个部分分别展示不同的内容。系统根据学习内容不同，分成不同课时进行学习，系统根据课程编号读取数据库进行相应展示，其中文字信息主要展示在文字信息展示区域中，而图形图像展示区则是将图像展示出来。文字显示区和图像显示区位置不是固定的，他们是可以相互调换，也可以同时展示相同类型的数据。而三维模型展示区域是主显示区，系统通过读取三维模型进行展示，并且能够实现与用户交互操作。学习人员就是通过系统所提供的这三个部分的内容进行学习的。
根据上述要求，本发明所述的三维医学数据，其特征在于：提供有多种医学数据以及三维模数据的展示方法，其特征在于包括：
（1）从系统数据库中读取文字、图形图像医疗数据，并对这些医学数据进行对比展示；
（2）读取三维医疗数据模型并对模型进行仿真变形；
（3）对变形后的仿真模型与步骤（1）中的数据进行对比学习；
（4）系统通过网络传输功能实现远程医疗人员之间的交流，以及采用谱变换的数据传输方法对仿真三维模型进行远程传输。
如图1所示。
远程医疗研讨功能主要包括了模型的变形模拟和实时传输两个部分。
系统中模型的变形模拟主要是实现空间变形算法，算法的主要步骤如下：
首先根据公式对模型的顶点和该模型的包围盒之间的关系，建立调和映射，模型与包围盒映射关系如图2所示。
公式中f是一个调和映射函数，a代表多边形包围盒表面S上的分段线性映射，是包围盒顶点的集合；b代表包围盒表面S上的分段限制映射，是包围盒表面的面片法线集合。是表面S在顶点p处的单位法线方向与拉普拉斯方程解的积，ψt(p)是关于拉普拉斯方程的解，其中V是多边形顶点集合，v属于V，而F是多边形面片集合，而t属于F。
然后，对包围盒表面网格进行数据采样，其中每个面片采样和选择四个点。采样示意图如图3所示。
之后根据模型与包围盒之间的调和映射以及对包围盒的采样点之间，实现控制模型表面细节工作。
最后，在对包围盒结果进行迭代优化计算，使包围盒的变形结果达到最优状态。这样在变形计算阶段，根据得到的最优的包围盒和预处理阶段的映射关系，计算出当前最新的模型顶点坐标，从而达到变形的目的。
其空间变形算法主要过程如图4所示。
系统中关于模型的实时传输主要是基于谱变换的可变形模型传输方法，算法大体步骤如下：
（1）给定一个三维模型，利用谱变换方法，计算出该模型在频域上的一组流行谐波正交基；
该步骤主要是根据能把三维模型看成是一个黎曼流形上的一组频域函数F，如公式：-ΔFk＝λkFk，这里，Fk表示频域上第k个频谱的正交基，λk为第k个特征值，对其分解得到一组特征函数和对应的特征值(Fk,λk)，而这个就叫做流行谐波正交基；
（2）将（1）中的计算出的结果对x轴坐标转换，即三维模型表面x轴坐标转换成为向量这样模型就从几何空间域转换到频域上，并得出所有频谱上的幅值；
（3）将（2）中所有频谱的幅值采用一定传输策略传输到接收端；
（4）利用接收到的频谱上的这些幅值反转换到几何空间域，还原出模型并绘制显示出来。这里，前三个步骤在发送端进行，最后一个步骤在接收端进行，发送端和接收端共同完成可变形模型的传输。
其模型实时传输的过程如图5所示。
本发明未详细阐述的部分属于本领域的技术人员公知技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种三维医学数据仿真模拟的远程共享与交互研讨的方法，其特征在于包括：
该方法实现的系统中，客户端显示区域中隔出三个部分分别展示不同医学数据内容,系统根据学习展示的内容不同，分成不同课时进行展示和交流研讨，系统根据课程编号读取数据库进行相应展示，其中文字信息主要通过文字介绍医学仿真数据的内容，而图形图像展示区则是将多种医学影像进行展示介绍;三维模型展示区域是主显示区，系统通过对三维医学模型数据进行读取和展示，并且能够实现与用户进行远程交互操作;因此医疗人员可通过系统所提供的医学数据这三个部分的内容进行远程数据共享和交互研讨;具体步骤如下:
（1）从系统数据库中读取文字、图形图像医疗数据，并对这些医学数据进行对比展示；
（2）读取三维医疗数据模型并对模型进行仿真变形；
（3）对变形后的仿真模型与步骤（1）中的数据进行对比学习；
（4）系统通过网络传输功能实现远程医疗人员之间的交流，以及采用谱变换的数据传输方法对仿真三维模型进行远程传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）分为以下子步骤：
（2.1）根据三维模型的顶点与包围盒之间的映射关系，通过公式实现调和映射的预处理过程；
（2.2）根据包围盒表面采样点与包围盒之间的映射关系，实现采样点的光滑性，达到控制三维模型表面细节目的；
（2.3）根据三维模型顶点与包围盒之间的点对点映射以及对包围盒数据采样结果，进行迭代优化计算，使其获得包围盒变形的最优结果；
（2.4）根据包围盒的结果，重建新模型的形态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）分为以下子步骤：
（4.1）根据要传输的三维模型，利用拉普拉斯算法获取该模型在频域上的一组正交基；
（4.2）根据三维模型的正交基，获取模型从几何空间域转换到频域上的幅值；
（4.3）将频域幅值采用网络传输方式，传送至接收端；
（4.4）根据接收到的频域上的幅值，进行反转换到几何空间域上，获得原有的模型形状。
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