CN106710415A - 一种基于共轭成像的全息投影模拟手术系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于共轭成像的全息投影模拟手术系统，包括工作平台、平台支撑箱、底座、接口，还包括目标物，共轭成像系统，共轭延拓图像，傅里叶变换透镜，CCD摄像机，数字全息图，计算机，激光光源，准直系统，空间光调制器，投影屏幕，所述工作平台包括全息投影灯阵列、喷气孔阵列、压力传感器阵列、进气孔、喷气控制箱。

Description

一种基于共轭成像的全息投影模拟手术系统

技术领域

本发明涉及全息投影技术领域，尤其涉及一种基于共轭成像的全息投影模拟手术系统。

背景技术

医疗事业与人们的生活息息相关，而且几乎所有人在一生当中或多或少的会进行各种各样的手术治疗，众多由于手术经验少而造成手术水平不高的医生，不仅造成了很多无法挽回的人为失误，更是促使了现在公共医疗发展不平衡 ：一些医院床位紧张，一些医院无人问津的现象发生。 手术经验是制约一名医生手术水平高低的关键因素，一名医生在学习时只能通过人体模型了解基本的内部结构，通过解剖法律允许医学院使用的尸体来熟悉临床手术流程，这种学习方法只能使学员了解理论知识及基础的切、缝等技能，无法加强学员针对真人的临床手术经验，特别是针对不同病例的不同手术 ；学员毕业成为医生后，工作时间越久，临床手术做的数量越多，医生的手术水平就会越高，这只能靠时间及大量病人的积累才能获得，然而现在大多数病人都不倾向于选择没有临床手术经验或经验少的医生，从而使得临床手术经验少的医生做手术的机会越来越少，临床手术经验丰富的医生手术越来越多，甚至于病人过多安排不开，造成一些病人病情的延误如此恶性循环。

随着激光技术和全息技术的快速发展，全息显示已经深入到社会生活的各个领域。全息投影系统利用激光照射全息图，获得目标的真实再现。相对于传统的单一像素到单一像素的投影系统，全息激光投影利用全息图上所有像素对再现面上的每一个点进行再现，其再现图像色彩鲜艳、对比度高，并且具有信息冗余、容错性能力强等诸多优点。全息投影技术能够广泛应用于舞台、影院、广告、博览会、医院等公共场合，可替代任何现有的显示设备，具有非常强的感染力和独特效果，商业潜力巨大。

总的来说，目前技术中提出的对全息投影的互动，一般是基于界面整体的控制，如开机、关机、更换图像等操作，而不能根据投影的内容对展示的三维信息进行操控，目前的全息投影展示，当参观者需要观察同一物体的不同角度的图像时，需要移动到不同角度去观察，而不是通过与系统进行互动来实现不同角度的观察，展示形式单一，友好性差，而且由于观察角度的问题，参观者无法观察到投影图像所有角度的情况，从而无法全面的进行观察，无法达到与全息投影系统进行互动的目的。

发明内容

本发明提供了一种基于共轭成像的全息投影模拟手术系统，包括工作平台、平台支撑箱、底座、接口，还包括目标物，共轭成像系统，共轭延拓图像，傅里叶变换透镜，CCD摄像机，数字全息图，计算机，激光光源，准直系统，空间光调制器，投影屏幕，所述工作平台包括全息投影灯阵列、喷气孔阵列、压力传感器阵列、进气孔、喷气控制箱 ；所述平台支撑箱包括外围支撑臂和控制电子元件组，平台支撑箱为中空设计，其中外围支撑臂起到支撑工作平台的作用，内部中空部分安放控制电子元件组，减小了系统体积 ；所述接口包括数据接口及电源接口，两接口区域设有保护盖，系统工作时打开保护盖连接数据线与电源线，放置时关闭保护盖保护接口，其中，由傅里叶变换透镜、CCD摄像机和计算机构成全息图获取系统，由激光光源、准直系统、空间光调制器和投影屏幕构成数字全息图的投影再现系统。

所述喷气孔阵列设计成同时集成与喷气孔一一对应的压力传感器阵列，模拟手术进行时，例如手术刀下刀等动作通过压力传感器阵列反馈给系统的控置电子元件组，控制电子元件组进行分析运算后，通过喷气控制箱时时更新相应喷气孔的喷气能量大小，同时通过控制全息投影灯阵列时时更新全息投影的立体图像，由此达到与真实个体手术一样的感官效果。

所述的共轭成像系统可以是由分光镜、梯形等腰棱镜、屋脊棱镜、潜望棱镜或者等腰直角棱镜、潜望棱镜构成的光学系统，也可以是由CCD摄像机与计算机构成的数字图像处理系统。其中，由分光镜、梯形等腰棱镜、屋脊棱镜和潜望棱镜组成的垂直转像移像系统实现对目标物的垂直方向共轭延拓，由等腰直角棱镜、潜望棱镜组成的水平转像移像系统实现对目标物的水平方向共轭延拓。

本发明总的来说，由于共轭延拓图像的傅立叶变换为实值函数，将该实值函数作为全息图包含了目标物的所有信息，避免了仅将幅值或者仅将相位作为全息图的信息损失，全息图的再现质量更高，通过单次傅立叶变换计算全息图，避免了普通全息图计算方法中多次傅立叶变换的时间损耗，提高了全息图的计算效率。其中，采用傅里叶变换透镜的光计算方法更极大地提高了全息图的计算速度，实现了目标物的实时投影再现，首先可以通过三维制图软件或设备扫描详细完整的模拟近乎真实的完整人体模型，同时可以针对不同病例的不同病变部位进行特殊建模，即可以使医学院学员进行各种类型的真实临床手术练习，也可以使医院医生进行各种针对性的专业手术练习，增加临床手术经验 ；其次针对一些特殊病人或成功率较低的复杂手术，该系统可以针对患者进行针对性建模，医生通过该发明系统提前进行手术预演，可以提前发现真实手术时的疑点难点，熟练手术流程及注意事项，大大增加针对病人的真实手术的成功率，减少医疗事故的发生。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种基于共轭成像的全息投影模拟手术系统，包括工作平台、平台支撑箱、底座、接口，还包括目标物，共轭成像系统，共轭延拓图像，傅里叶变换透镜，CCD摄像机，数字全息图，计算机，激光光源，准直系统，空间光调制器，投影屏幕，所述工作平台包括全息投影灯阵列、喷气孔阵列、压力传感器阵列、进气孔、喷气控制箱 ；所述平台支撑箱包括外围支撑臂和控制电子元件组，平台支撑箱为中空设计，其中外围支撑臂起到支撑工作平台的作用，内部中空部分安放控制电子元件组，减小了系统体积 ；所述接口包括数据接口及电源接口，两接口区域设有保护盖，系统工作时打开保护盖连接数据线与电源线，放置时关闭保护盖保护接口，其中，由傅里叶变换透镜、CCD摄像机和计算机构成全息图获取系统，由激光光源、准直系统、空间光调制器和投影屏幕构成数字全息图的投影再现系统。

所述喷气孔阵列设计成同时集成与喷气孔一一对应的压力传感器阵列，模拟手术进行时，例如手术刀下刀等动作通过压力传感器阵列反馈给系统的控置电子元件组，控制电子元件组进行分析运算后，通过喷气控制箱时时更新相应喷气孔的喷气能量大小，同时通过控制全息投影灯阵列时时更新全息投影的立体图像，由此达到与真实个体手术一样的感官效果。

所述的共轭成像系统可以是由分光镜、梯形等腰棱镜、屋脊棱镜、潜望棱镜或者等腰直角棱镜、潜望棱镜构成的光学系统，也可以是由CCD摄像机与计算机构成的数字图像处理系统。其中，由分光镜、梯形等腰棱镜、屋脊棱镜和潜望棱镜组成的垂直转像移像系统实现对目标物的垂直方向共轭延拓，由等腰直角棱镜、潜望棱镜组成的水平转像移像系统实现对目标物的水平方向共轭延拓。

本发明总的来说，由于共轭延拓图像的傅立叶变换为实值函数，将该实值函数作为全息图包含了目标物的所有信息，避免了仅将幅值或者仅将相位作为全息图的信息损失，全息图的再现质量更高，通过单次傅立叶变换计算全息图，避免了普通全息图计算方法中多次傅立叶变换的时间损耗，提高了全息图的计算效率。其中，采用傅里叶变换透镜的光计算方法更极大地提高了全息图的计算速度，实现了目标物的实时投影再现，首先可以通过三维制图软件或设备扫描详细完整的模拟近乎真实的完整人体模型，同时可以针对不同病例的不同病变部位进行特殊建模，即可以使医学院学员进行各种类型的真实临床手术练习，也可以使医院医生进行各种针对性的专业手术练习，增加临床手术经验 ；其次针对一些特殊病人或成功率较低的复杂手术，该系统可以针对患者进行针对性建模，医生通过该发明系统提前进行手术预演，可以提前发现真实手术时的疑点难点，熟练手术流程及注意事项，大大增加针对病人的真实手术的成功率，减少医疗事故的发生。

最后应说明的是 ：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制 ；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解 ：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换 ；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种基于共轭成像的全息投影模拟手术系统，包括工作平台、平台支撑箱、底座、接口，还包括目标物，共轭成像系统，共轭延拓图像，傅里叶变换透镜，CCD摄像机，数字全息图，计算机，激光光源，准直系统，空间光调制器，投影屏幕，所述工作平台包括全息投影灯阵列、喷气孔阵列、压力传感器阵列、进气孔、喷气控制箱；所述平台支撑箱包括外围支撑臂和控制电子元件组，平台支撑箱为中空设计，其中外围支撑臂起到支撑工作平台的作用，内部中空部分安放控制电子元件组，减小了系统体积；所述接口包括数据接口及电源接口，两接口区域设有保护盖，系统工作时打开保护盖连接数据线与电源线，放置时关闭保护盖保护接口，其中，由傅里叶变换透镜、CCD摄像机和计算机构成全息图获取系统，由激光光源、准直系统、空间光调制器和投影屏幕构成数字全息图的投影再现系统。

2.根据权利要求1所述的模拟手术系统，其特征在于：所述喷气孔阵列设计成同时集成与喷气孔一一对应的压力传感器阵列，模拟手术进行时，例如手术刀下刀等动作通过压力传感器阵列反馈给系统的控置电子元件组，控制电子元件组进行分析运算后，通过喷气控制箱时时更新相应喷气孔的喷气能量大小，同时通过控制全息投影灯阵列时时更新全息投影的立体图像，由此达到与真实个体手术一样的感官效果。

3.根据权利要求1所述的模拟手术系统，其特征在于：所述的共轭成像系统可以是由分光镜、梯形等腰棱镜、屋脊棱镜、潜望棱镜或者等腰直角棱镜、潜望棱镜构成的光学系统，也可以是由CCD摄像机与计算机构成的数字图像处理系统；其中，由分光镜、梯形等腰棱镜、屋脊棱镜和潜望棱镜组成的垂直转像移像系统实现对目标物的垂直方向共轭延拓，由等腰直角棱镜、潜望棱镜组成的水平转像移像系统实现对目标物的水平方向共轭延拓。