CN107689186A - 三维人体虚拟解剖台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医学三维虚拟解剖台，尤其是一种便于学校实施解剖教学的软硬件一体的解剖教学系统要解决的技术问题是提供一种医学虚拟解剖教学设备，解决目前医学教学中存在的解剖尸源紧缺、存储成本高以及尸源复用性差的问题，为解决上述问题，本发明采用协议生成技术。其特征在于：包括软件教学系统装置，硬件教学系统装置，两者通过协议进行交互，并构建虚拟场景服务器进行实时通信，用户将操作指令传递给数据中转处理服务器，数据中转处理服务器将数据处理之后，将操作数据传递给数据重建服务器，所述数据重建服务器进行图像的数据计算后，将计算的结果通过虚拟技术将数据转换后发送给虚拟场景服务器进行更新，从而构成一个闭环操作回路。

Description

三维人体虚拟解剖台

技术领域

本发明涉及一种虚拟解剖台，尤其就一种便于医学院校进行虚拟解剖技术教学的软、硬件一体的教学系统。

背景技术

随着计算机技术、信息技术的广泛应用，使得医学图像信息分析与处理的手段不断改进，医学影像在临床诊断、教学科研等方面正发挥着重要的作用，人体组织器官的二维图像（CT图像和MRI核磁共振图像等）对于医生分析患者的病情、辅助诊断起到了积极的作用。但由于人体组织器官的形态多样、构造复杂，医生、教师、学生仅通过肉眼观察二维图像、难以准确的确定病灶的空间位置、大小、几何形状及其与周围组织的空间关系。同时，仅依靠二维图像进行诊断的方式，导致医学图像中所蕴含的人体组织器官的信息运没有得到充分的利用。

目前医学院校一般采用如下几种方法进行教学，其一针对系统解剖的理论教学，不涉及具体的动手交互环节，这样的学校投资最小，但是实际的教学质量和效果也会大大折扣，培养出来的学生也是理论知识稍微懂一些，但是实际的层次解剖，系统解剖理解不深，实际的动手能力也较差，不能培养实用型的医院人才。其二解剖学讲解过程中使用二维图谱或三维实体模型进行教学，二维图谱不能多角度展示解剖结构，导致理解、记忆困难。三维实体模型细节处理不完善，展示效果不佳，并且实体模型对教室展示空间以及存放空间均有要求。其三学生直接购买尸体进行解剖教学，由于目前的用于教学的尸源匮乏、保存不易且成本较高，长期反复的使用导致标本质量差，许多部位腐化变形，实验课程成本昂贵。

发明内容

本发明要解决的问题是提供虚拟解剖教学系统。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：通过通讯协议将操作之后的三维场景，重绘展示到现实设备，其特征在于：包括软件教学系统装置和硬件展示系统装置，两者通过协议转换方式进行数据信息交换，并构建教学设备、虚拟场景服务器、数据重建计算模型进行同步联动功能，用户通过对实际教学设备的操作产生相关数据，通过数据中转服务器，将数据传递给数据建立模块，所述数据重建模块经过数据协议转换之后发送给虚拟场景服务模块，所述虚拟场景服务模块进行三维场景的生成，并将生成的场景发送给工业级显示进行展示，用户通过视觉了解操作产生的结构，从而构成一个闭合稳定的处理回路。

本发明的有益效果是：通过教学系统以及硬件系统两者的结合，最终实现一种虚拟三维解剖台，其中硬件系统采用实际的人体解剖比例进行设计，并在整体中作为控制系统，软件系统采用虚拟仿真技术构建实际解剖现场的环境以及需要使用的相关设备（手术刀等），两种通过协议的方式进行数据通讯，达到真实解剖台的解剖展示效果，与软件系统的虚拟现实仿真实现对应，既能解决全虚拟产品带来的教学效果，同时也能避免真实解剖的投资、场地、储存等问题，由于本产品的设计模块化考虑，故可以根据学校的需要进行控制以及模块的选择性使用。

附图说明

图1为本发明实例的系统流程图。

图2为本发明硬件教学系统装置结构图。

图3为本发明软件教学系统装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1至图3所示，本发明的一种三维人体虚拟解剖台，包括软件系统装置以及硬件系统装置，两者通过协议进行数据的通讯，包括虚拟场景服务器以及教学数据，并构建各个模块之间的数据同步交互：用户通过实际的操作交互产生相关数据，通过数据传递后抵达数据中转服务器，所述的数据中转服务器经过数据转换后发送给数据重建服务器，所述数据重建服务器经过三维重建之后将结果发送给虚拟场景服务器，所述的虚拟场景服务器通过三维场景创建将数据发送到工业显示器进行数据的展示。用户通过视觉了解操作产生的解剖结果，从而构成一个操作的闭合回路。

虚拟解剖台包括一套完整的硬件系统设备和相关的服务器，整套系统包括一个电气控制柜，台车下面设有万向轮，便于设备的移动和空间布置，电气控制柜中包括数据接口模块（2），开关电源（3），控制开关（4），数据重建模块（5），数据中转模块（6），虚拟场景服务器（7），数据传递同步IO（8），工业触摸屏（10）和其他一些线路、键盘灯配件组成，该套设备完全模拟解剖台的教学系统，完成学生的自主学习以及教师的授课展示使用，他们可以在解剖台上对人体数据进行切割、查看切割后组织切片，查看切割后影像数据，进行练习，读取影像数据片等方面的内容，工业触摸屏为操作者提供高清的解剖组织三维图像，提供人机交互的界面，整套设备参数和状态均在其上进行显示，操作者可以通过触摸的方式进行系统的参数设置以及其他系统定义的操作，所述的开关电源（3）为系统提供直流电源，所述的控制开关（4）包括自动断电锁死，状态指示灯。

所述的数据中转模块（6）接收到的数据通过协议转换后传递给数据重建服务器（5），所述的虚拟重建服务器进行高速运算，将运算结果返回给虚拟场景服务器（7），虚拟场景服务器将收到的数据与设备进行同步，同时虚拟场景服务器（7）将数据发送到32:9工业触摸屏（10）进行显示送到实际的解剖教学设备，最终达到两者的实时同步。

虚拟场景服务器的人机交互界面采用3D虚拟现实技术设计，界面主要分为7个模块，包括导航模块6，快捷视角调整模块7，主窗口模块8作为虚拟场景的展示，展示对应的解剖人体数据，如使用手术刀进行人体切割后的组织切片等，控制器模块9用户可以触摸长按屏幕使用该模块，功能设置模块10为系统参数设置模块，可以进行主场景模块8、语音模块11，系统模块的设置，自动化的人体解剖数据采用模块化开发，用户可自由选择使用某一模块进行现场教学，工业显示器的显示方案也可由用户选择外接其他品牌显示器进行三维场景的展示教学。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (13)

1.一种医学解剖学的解剖教学设备，包括软件教学系统和硬件教学系统装置，所述软件教学系统和硬件教学装置通过协议转换进行数据信息交换，数据重建模块进行数据的计算及三维重建。

2.其特征在于通过构建教学设备与虚拟场景服务器的同步更新及数据重建功能，用户通过实际操作教学设备产生相关的数据，通过数据传递后抵达数据中转服务器，所述中转服务器通过数据转换后传递给数据重建服务器，所述的数据重建服务器通过计算之后将数据传递给虚拟场景服务器，所述的虚拟场景服务器将数据进行组织最后传递给显示设备，显示设备使用32:9工业显示器对三维虚拟解剖场景进行展示。

3.所述的教学设备包括：电气控制柜1，数据接口模块2，开关电源3，控制开关4，数据重建模块5，数据中转模块6，虚拟场景服务器7，数据传递同步IO8，设备控制柜9，工业触摸屏10。

4.所述电气控制柜1内包含电气控制模块，控制整套设备的工艺流程，所述数据接口模块2将数据设备上的IO数据传送至数据中转模块，所述的工业触摸屏10为操作者提供人机交互界面，所述的开关电源3为系统提供直流电源，所述的控制开关4包括自动断电锁死，状态指示灯，

所述的数据中转模块6接收到的数据通过协议转换后传递给数据重建服务器5，所述的虚拟重建服务器进行高速运算，将运算结果返回给虚拟场景服务器7，虚拟场景服务器将收到的数据与设备进行同步，同时虚拟场景服务器7将数据发送到32:9工业触摸屏10进行显示送到实际的解剖教学设备，最终达到两者的实时同步。

5.根据权利要求1所述的虚拟解剖教学系统，其特征在于：所述虚拟场景服务器7输出通过32:9工业触摸屏10进行医学解剖虚拟现实场景展示，也可使用高清投影机进行场景显示。

6.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于：所述的数据接口模块2采用多功能数据采集卡实现数据的采集和数据。

7.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于：所述的数据重建模块5，将接受到的用户操作数据经过重建算法计算得到输出结果，并将实时将重建后的数据传递给虚拟场景服务器7进行三维场景的构建。

8.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于触摸显示方案采用等人比例进行解剖组织的展示。

9.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于可通过手指模拟手术刀实时切割人体三维数据，并将切割之后的人体组织切片影像图显示通过协议，转换为三维场景进行显示。

10.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于通过三维建模的方式实现人体解剖结构的展示，并可将人体数据通过触摸进行解剖。

11.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于系统自动将数据序列通过数据重建服务器进行数据的自动解析，根据场景产生相应的三维数据进行实时展示。

12.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于系统自动将用户的手指切割操作通过协议转化为真实人体的切割操作，并将切割后的真实人体断层组织数据，通过协议发送到三维场景区进行自动建模，最后转换为图像进行显示。

13.根据权利要求1所述的虚拟解剖台，其特征在于解剖台车下设有万向轮，便于设备的移动和空间布置。