CN107229388A - 一种活髓切断手术训练系统及训练方法 - Google Patents

一种活髓切断手术训练系统及训练方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种活髓切断手术训练系统，涉及虚拟现实技术领域，包括模型创建模块，工具手动选择模块，工具自动选择模块，碰撞感应模块，手术效果显示模块和操作提示模块。本发明在3D Studio Max和unity3d平台中使用模型创建模块创建三维虚拟手术环境模型、三维虚拟手术工具模型和三维虚拟龋齿模型，使用工具手动选择模块，工具自动选择模块，碰撞感应模块，手术效果显示模块和操作提示模块按照活髓切断手术的训练方案实现虚拟手术训练，伴随用户的每一项操作，三维虚拟手术工具模型和三维虚拟龋齿模型会发生相应的移动或变化。本发明还公开了一种活髓切断手术训练方法。

Description

一种活髓切断手术训练系统及训练方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种活髓切断手术训练系统及训练方法。
背景技术
口腔医学教学是旨在强调提高学生操作能力的实验教学，它有助于学生将医学理论知识转化为实际操作能力，在口腔医学的理论和实习教学中起到关键的过渡作用。现阶段我国国内的医疗环境日趋严峻、能够提供给我们进行教学和研究的实习资源不断减少，能将理论知识进行高效转化的实验教学成为医学教育领域进行医学实践教育的主要途径，实验教学能够在一定程度上减轻实习教学的压力，并能够在短时间内提高学生的时间操作技能、为避免在实习临床工作中产生不必要的医患矛盾等方面都有着十分积极的意义。
然而，现阶段我国国内口腔医学教学机构，多数缺乏完整系统的现代化教学手段，当前实验教学中多通过口述或者视频来讲课，学生无法切身体会实验效果。同时，即使有条件让学生实际操作进行手术训练，由于对学生的实际操作进行测评的评价方式为教师目测的主观方式，教师同一时间能够指导的学生数量十分有限，教学效率将大打折扣。
因此，需要一种能够高度逼真地模拟出现实中活髓切断手术又便于学生使用的教学系统。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种活髓切断手术训练系统及训练方法，能够高度逼真地模拟出现实中活髓切断手术又便于用户学习，大大的节约了教学资源，提高了学习效率。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是一种活髓切断手术训练系统，包括：
模型创建模块，其用于在3D Studio Max和unity3d平台中根据活髓切断手术的实际场景创建三维虚拟手术环境模型；根据活髓切断手术需使用的实际手术工具创建三维虚拟手术工具模型；根据活髓切断手术的训练方案创建三维虚拟龋齿模型及与每个手术操作分别对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
工具手动选择模块，其用于在unity3d交互界面中显示三维虚拟手术工具模型，并在检测到鼠标停留在三维虚拟手术工具模型上时，三维虚拟手术工具模型突出显示；在检测到鼠标移出手术工具图标时，使该三维虚拟手术工具模型的位置及大小还原；
工具自动选择模块，其用于在unity3d交互界面中显示器械自动选择按钮，并在检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型；
碰撞感应模块，其用于在unity3d交互界面中检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟手术工具模型或三维虚拟龋齿模型；
手术效果显示模块，其用于在unity3d交互界面中在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到正确的三维虚拟龋齿模型时，触发对应的手术操作并显示当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
操作提示模块，其用于在unity3d交互界面中在检测到鼠标点击到正确的三维虚拟手术工具模型时，显示对应的操作提示；在检测到鼠标点击到错误的三维虚拟手术工具模型时，显示操作错误的提示。
在上述技术方案的基础上，所述活髓切断手术训练系统还包括视角转换模块，其用于使在unity3d交互界面中的摄像机视角跟随鼠标转动而转换。
在上述技术方案的基础上，所述活髓切断手术训练系统还包括粒子特效模块，其用于对三维虚拟龋齿模型或三维虚拟手术工具模型进行特效渲染，所述特效渲染包括注射器喷水和龋齿流血。
在上述技术方案的基础上，所述三维虚拟手术工具模型包括针钻、球钻、注射器、麻醉注射器、麻醉剂、刮匙、填充器、棉球、镊子和手术托盘。
在上述技术方案的基础上，所述手术操作包括：除去腐质并揭去髓室顶、清洗窝洞、消毒、切除冠髓、棉球压迫止血、放盖髓剂、永久充填及通过刮匙将填充剂铺满齿洞。
本发明还公开了一种采用活髓切断手术训练系统的活髓切断手术训练方法，包括以下步骤：
S1，使用模型创建模块在3D Studio Max和unity3d平台中根据活髓切断手术的实际场景创建三维虚拟手术环境模型；根据活髓切断手术需使用的实际手术工具创建三维虚拟手术工具模型；根据活髓切断手术的训练方案创建三维虚拟龋齿模型及与每个手术操作分别对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
S2，在unity3d交互界面中显示器械自动选择按钮，检测鼠标是否点击器械自动选择按钮；若否，进入步骤S3；若是，进入步骤S9；
S3，使用碰撞感应模块检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟手术工具模型；
S4，在检测到鼠标点击到正确的三维虚拟手术工具模型时，使用操作提示模块显示对应的操作提示；在检测到鼠标点击到错误的三维虚拟手术工具模型时，使用操作提示模块显示操作错误的提示；
S5，在检测到鼠标点击正确的三维虚拟手术工具模型时，使用工具手动选择模块使鼠标点击的三维虚拟手术工具模型突出显示，在检测到鼠标移出手术工具图标时，使该三维虚拟手术工具模型的位置及大小还原；
S6，使用碰撞感应模块检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟龋齿模型；
S7，在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到正确的三维虚拟龋齿模型时，使用手术效果显示模块触发对应的手术操作并显示当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到错误的三维虚拟龋齿模型时，使用操作提示模块显示操作错误的提示；
S8，重复步骤S3-S7直至完成活髓切断手术的训练方案的全部步骤，结束；
S9，使用工具自动选择模块在检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型，结束。
在上述技术方案的基础上，三维虚拟手术工具模型包括针钻、球钻、注射器、麻醉注射器、麻醉剂、刮匙、填充器、棉球、镊子和手术托盘。
在上述技术方案的基础上，所述手术操作包括：除去腐质并揭去髓室顶、清洗窝洞、消毒、切除冠髓、棉球压迫止血、放盖髓剂、永久充填及通过刮匙将填充剂铺满齿洞。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在3D Studio Max和unity3d平台中使用模型创建模块创建三维虚拟手术模环境型、三维虚拟手术工具模型和三维虚拟龋齿模型，使用工具手动选择模块，工具自动选择模块，碰撞感应模块，手术效果显示模块和操作提示模块按照活髓切断手术的训练方案实现虚拟手术训练，伴随用户的每一项操作，三维虚拟手术工具模型和三维虚拟龋齿模型会发生相应的移动或变化。
本发明提供两种模式：
一种手动选择工具模式：用户按照活髓切断手术的训练方案点击三维虚拟手术工具模型或三维虚拟龋齿模型，伴随用户的每一项操作，三维虚拟手术工具模型和三维虚拟龋齿模型会发生相应的变化。
一种自动选择工具模式：检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型对应的手术操作及当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态。
本发明能够高度逼真地模拟出现实中活髓切断手术，同时该活髓切断手术训练系统可在本地计算机上使用也可以兼容web平台，通过挂载到学校的教务系统，用户只需登陆学校的在线学习网站即可开展学习，方便用户不受时间和地点的约束，只需一台电脑，通过鼠标就可以进行实践操作和学习，大大的节约了教学资源，提高了学习效率。
附图说明
图1为本发明实施例中活髓切断手术训练系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中活髓切断手术训练方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种活髓切断手术训练系统，包括：包括：
模型创建模块，其用于在3D Studio Max和unity3d平台中根据活髓切断手术的实际场景创建三维虚拟手术环境模型；根据活髓切断手术需使用的实际手术工具创建三维虚拟手术工具模型；三维虚拟手术工具模型包括针钻、球钻、注射器、麻醉注射器、麻醉剂、刮匙、填充器、棉球、镊子和手术托盘。根据活髓切断手术的训练方案创建三维虚拟龋齿模型及与每个手术操作分别对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；所述手术操作包括：除去腐质并揭去髓室顶、清洗窝洞、消毒、切除冠髓、棉球压迫止血、放盖髓剂、永久充填及通过刮匙将填充剂铺满齿洞。
工具手动选择模块，其用于在unity3d交互界面中显示三维虚拟手术工具模型，并在检测到鼠标停留在三维虚拟手术工具模型上时，使鼠标点击的三维虚拟手术工具模型突出显示，如使三维虚拟手术工具上浮且体积放大。在检测到鼠标移出手术工具图标时，使该三维虚拟手术工具模型的位置及大小还原；
工具自动选择模块，其用于在unity3d交互界面中显示器械自动选择按钮，并在检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型；
碰撞感应模块，其用于在unity3d交互界面中检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟手术工具模型或三维虚拟龋齿模型；
手术效果显示模块，其用于在unity3d交互界面中在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到正确的三维虚拟龋齿模型时，触发对应的手术操作并显示当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
操作提示模块，其用于在unity3d交互界面中在检测到鼠标点击到正确的三维虚拟手术工具模型时，显示对应的操作提示；在检测到鼠标点击到错误的三维虚拟手术工具模型时，显示操作错误的提示。如三维虚拟手术工具模型选择错误时有“工具选择错误，请重新选择！”或者缺少时有“工具选择不足，请继续选择！”的文字提示功能。每一个三维虚拟手术工具模型都必须加一个Box Collider的碰撞器，然后鼠标点击发射射线才能选中对应的手术工具。
本发明实施例包括自动选择工具模式和手动选择工具模式，自动选择工具模式下检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型对应的手术操作及当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；手动选择工具模式下，使用工具手动选择模块显示三维虚拟手术工具模型，并在检测到鼠标点击三维虚拟手术工具模型时，使鼠标停留在三维虚拟手术工具模型上突出显示，再在检测到鼠标移出手术工具图标时，使该三维虚拟手术工具模型的位置及大小还原；在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到正确的三维虚拟龋齿模型时，触发对应的手术操作并显示当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；重复上述步骤直至完成活髓切断手术的训练方案的全部步骤。
本发明能够高度逼真地模拟出现实中活髓切断手术，同时该活髓切断手术训练系统可在本地计算机上使用也可以兼容web平台，通过挂载到学校的教务系统，用户只需登陆学校的在线学习网站即可开展学习，方便用户不受时间和地点的约束，只需一台电脑，通过鼠标就可以进行实践操作和学习，大大的节约了教学资源，提高了学习效率。所述活髓切断手术训练系统还包括视角转换模块，其用于使在unity3d交互界面中的摄像机视角跟随鼠标转动而转换。
所述活髓切断手术训练系统还包括粒子特效模块，其用于对三维虚拟龋齿模型或三维虚拟手术工具模型进行特效渲染，所述特效渲染包括注射器喷水和龋齿流血。先通过调节Particle System组件中的部分参数，然后配合使用DoTween的位移来实现注射器喷水和龋齿流血的效果。
参见图2所示，本发明还公开了一种采用活髓切断手术训练系统的活髓切断手术训练方法，包括以下步骤：
S1，使用模型创建模块在3D Studio Max和unity3d平台中根据活髓切断手术的实际场景创建三维虚拟手术环境模型；根据活髓切断手术需使用的实际手术工具创建三维虚拟手术工具模型；根据活髓切断手术的训练方案创建三维虚拟龋齿模型及与每个手术操作分别对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
S2，在unity3d交互界面中显示器械自动选择按钮，检测鼠标是否点击器械自动选择按钮；若否，进入步骤S3；若是，进入步骤S9；
S3，使用碰撞感应模块检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟手术工具模型；
S4，在检测到鼠标点击到正确的三维虚拟手术工具模型时，使用操作提示模块显示对应的操作提示；在检测到鼠标点击到错误的三维虚拟手术工具模型时，使用操作提示模块显示操作错误的提示；
S5，在检测到鼠标点击正确的三维虚拟手术工具模型时，使用工具手动选择模块使鼠标点击的三维虚拟手术工具模型突出显示，再在检测到鼠标移出手术工具图标时，使该三维虚拟手术工具模型的位置及大小还原；
S6，使用碰撞感应模块检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟龋齿模型；
S7，在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到正确的三维虚拟龋齿模型时，使用手术效果显示模块触发对应的手术操作并显示当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到错误的三维虚拟龋齿模型时，使用操作提示模块显示操作错误的提示；
S8，重复步骤S3-S7直至完成活髓切断手术的训练方案的全部步骤，结束；
S9，使用工具自动选择模块在检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型。
三维虚拟手术工具模型包括针钻、球钻、注射器、麻醉注射器、麻醉剂、刮匙、填充器、棉球、镊子和手术托盘。所述手术操作包括：除去腐质并揭去髓室顶、清洗窝洞、消毒、切除冠髓、棉球压迫止血、放盖髓剂、永久充填及通过刮匙将填充剂铺满齿洞。
本系统可在加载安装Web Player插件后，在互联网上发布为Web版本，通过挂载到学校的教务系统，用户只需登陆学校的在线学习网站即可开展学习，方便用户不受时间和地点的约束，只需一台电脑，通过鼠标就可以进行实践操作和学习，大大的节约了教学资源，提高了学习效率。
本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种活髓切断手术训练系统，其特征在于，包括：
模型创建模块，其用于在3D Studio Max和unity3d平台中根据活髓切断手术的实际场景创建三维虚拟手术环境模型；根据活髓切断手术需使用的实际手术工具创建三维虚拟手术工具模型；根据活髓切断手术的训练方案创建三维虚拟龋齿模型及与每个手术操作分别对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
工具手动选择模块，其用于在unity3d交互界面中显示三维虚拟手术工具模型，并在检测到鼠标停留在三维虚拟手术工具模型上时，三维虚拟手术工具模型突出显示；在检测到鼠标移出手术工具图标时，使该三维虚拟手术工具模型的位置及大小还原；
工具自动选择模块，其用于在unity3d交互界面中显示器械自动选择按钮，并在检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型；
碰撞感应模块，其用于在unity3d交互界面中检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟手术工具模型或三维虚拟龋齿模型；
手术效果显示模块，其用于在unity3d交互界面中在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到正确的三维虚拟龋齿模型时，触发对应的手术操作并显示当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
操作提示模块，其用于在unity3d交互界面中在检测到鼠标点击到正确的三维虚拟手术工具模型时，显示对应的操作提示；在检测到鼠标点击到错误的三维虚拟手术工具模型时，显示操作错误的提示。
2.如权利要求1所述的一种活髓切断手术训练系统，其特征在于：所述活髓切断手术训练系统还包括视角转换模块，其用于使在unity3d交互界面中的摄像机视角跟随鼠标转动而转换。
3.如权利要求1所述的一种活髓切断手术训练系统，其特征在于：所述活髓切断手术训练系统还包括粒子特效模块，其用于对三维虚拟龋齿模型或三维虚拟手术工具模型进行特效渲染，所述特效渲染包括注射器喷水和龋齿流血。
4.如权利要求1所述的一种活髓切断手术训练系统，其特征在于：所述三维虚拟手术工具模型包括针钻、球钻、注射器、麻醉注射器、麻醉剂、刮匙、填充器、棉球、镊子和手术托盘。
5.如权利要求1所述的一种活髓切断手术训练系统，其特征在于：所述手术操作包括：除去腐质并揭去髓室顶、清洗窝洞、消毒、切除冠髓、棉球压迫止血、放盖髓剂、永久充填及通过刮匙将填充剂铺满齿洞。
6.一种采用如权利要求1-5任意一项所述的一种活髓切断手术训练系统的活髓切断手术训练方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，使用模型创建模块在3D Studio Max和unity3d平台中根据活髓切断手术的实际场景创建三维虚拟手术环境模型；根据活髓切断手术需使用的实际手术工具创建三维虚拟手术工具模型；根据活髓切断手术的训练方案创建三维虚拟龋齿模型及与每个手术操作分别对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；
S2，在unity3d交互界面中显示器械自动选择按钮，检测鼠标是否点击器械自动选择按钮；若否，进入步骤S3；若是，进入步骤S9；
S3，使用碰撞感应模块检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟手术工具模型；
S4，在检测到鼠标点击到正确的三维虚拟手术工具模型时，使用操作提示模块显示对应的操作提示；在检测到鼠标点击到错误的三维虚拟手术工具模型时，使用操作提示模块显示操作错误的提示；
S5，在检测到鼠标点击正确的三维虚拟手术工具模型时，使用工具手动选择模块使鼠标点击的三维虚拟手术工具模型突出显示，在检测到鼠标移出手术工具图标时，使该三维虚拟手术工具模型的位置及大小还原；
S6，使用碰撞感应模块检测鼠标点击发射的射线是否碰撞到三维虚拟龋齿模型；
S7，在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到正确的三维虚拟龋齿模型时，使用手术效果显示模块触发对应的手术操作并显示当前手术操作对应的三维虚拟龋齿模型的变化状态；在检测到鼠标点击发射的射线碰撞到错误的三维虚拟龋齿模型时，使用操作提示模块显示操作错误的提示；
S8，重复步骤S3-S7直至完成活髓切断手术的训练方案的全部步骤，结束；
S9，使用工具自动选择模块在检测到鼠标点击器械自动选择按钮时，根据活髓切断手术的训练依次突出显示三维虚拟手术工具模型，并依次显示当前突出显示的三维虚拟手术工具模型，结束。
7.如权利要求6所述的一种活髓切断手术训练系统，其特征在于：三维虚拟手术工具模型包括针钻、球钻、注射器、麻醉注射器、麻醉剂、刮匙、填充器、棉球、镊子和手术托盘。
8.如权利要求6所述的一种活髓切断手术训练系统，其特征在于：所述手术操作包括：除去腐质并揭去髓室顶、清洗窝洞、消毒、切除冠髓、棉球压迫止血、放盖髓剂、永久充填及通过刮匙将填充剂铺满齿洞。
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