CN108417109A - 一种医学手术教育数字化生成和展示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医学手术教育数字化生成和展示的方法：制作医学手术三维插画脚本；根据插画脚本，制作手术三维建模和动画制作；通过三维制作软件将模型和动画渲染生成医学手术数字化素材，导入数据配置编辑器进行手术步骤和交互操作配置，导出单个手术资源包；将手术资源包存储入云端服务器，移动终端用户通过App下载手术数字化内容解析并展示内容。本发明重点针对医学手术教育数字化生成制定流程、标准、规则和方法，通过App为医科生或低年资医生提供了一个利用工作碎片时间就能学习手术操作和手术知识点的工具，帮助其提高自身的业务能力。

Description

一种医学手术教育数字化生成和展示的方法

技术领域

本发明涉及一种医学手术教育数字化生成和展示的方法，属于医学教育数字化内容生产和交互App技术领域。

背景技术

中国医疗服务市场规模巨大，并且在人口老龄化、城镇化、财富增长以及基本医疗保障制度等因素的驱动下正迅速扩容。2013年我国卫生消费总额3.2万亿元，在过去9年保持了17.2％的复合增长率。然而相对于高收入国家7.7％的水平，我国医疗卫生支出仅占国民生产总值的5.6％。考虑到人口和消费的巨大基数，不难看到我国医疗服务市场在将来还有很大的上升空间。

我国医疗资源不仅总量不足，分布也不均衡，主要分布在大城市、大医院，城市每千人口执业医师达到2.96人，而农村仅为1人，农村服务量仅为总量的1/8。

同时由于医疗有效供给的不足，由于长时间处于高强度的临床工作，一线临床发生的事故也不可忽视，根据测算，中国每年医疗试过和差错造成的死亡人数在100万人左右。2014年，全国发生立案的医疗纠纷11.5万起。2016年全国医疗纠纷数量较2015年下降6.7％，人民法院受理的医疗损害赔偿案件下降7.5％，涉医违法犯罪案例下降14.1％。2016年医疗纠纷数量和涉医违法犯罪案件数量实现连续三年双下降，但医患纠纷和医患矛盾形势依然不容乐观。2005年至2015年中国卫生和计划生育委员会公布的卫生年鉴标明，10年间中国有470万医学生毕业生，而医学总数只增加了75万人。医科毕业生弃医改行，医生转岗等，我国的医疗人才严重不足。

医疗人才的高流失率主要是以下三个方面的原因导致：

1、回报低下

长期以来，我国由政府主导的医疗专业技术服务定价偏低，同时，历史原因形成的事业编制管理和公立医院逐利机制导致医务人员薪酬偏低，侧重与业务收入挂钩的绩效性收入。

2、成才艰难

医学专业知识体系庞大、专业知识乏味晦涩，学制年限长，近期住院医师规范化培训工作全面铺开，对医科生无疑是变相延长学制、延后就业时间；规培医院业务繁忙，上级医生超负荷工作，新人缺少动手机会难以成长；更有论资排辈等因素影响医生的发展和成长。

3、执业环境不佳

近年来医患冲突频发，伤了医务人员的身，更伤了医务人员的心。有限的医务人员难以应对就诊需求的增长，人少事多加剧了医患冲突的发生，执业环境的恶化让更多人才流失。

综上所述，医科生或医生的成长是艰难的，回报低下、执业环不佳等状况是外部环境因素影响造成的，外部因素很难改变或改善；从自身的角度，如何有效帮助提升医科生或医生的业务能力和知识水平，医科生或医生如何更加便利的获得这些高精尖知识内容等问题是我们服务于医学教育行业重点需要去研究和探索的课题。

本发明旨在从医学教育的角度，以手机上的应用程序App的方式，在屏幕上通过互动操作，帮助医科生或低年资医生学习手术操作和术式要求，学习规范化培训重要知识点，缩短医学学习曲线，逐步实现一套以手术为主线的医学教学平台，更好的服务于医科生或医生的日常学习和工作。

发明内容

本发明提供一种快速高效提供高质量交互手术的制作方法，提供一款医生或医学生利用碎片化时间学习医学手术的方法。与传统的医学教学内容平面2D的手术内容相比，本发明提供更为直观生动的手术内容，提供了生动直观的交互操作方式，与传统的手术视频相比，本发明提供更多维度的视角，用三维的方式展示和说明，帮助学习和理解。传统医学教育中价格昂贵的手术模拟器使用频次低、维护成本高，医生或医学生在手术模拟器上进行实践的机会少。利用本发明，能够便利的在碎片化时间中进行手术学习和手术步骤记忆，帮助医生和医学生更快的学习成长，缩短学习曲线。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种医学手术教育数字化生成和展示的方法，包括下述步骤：

第一步：制作医学手术三维插画脚本；

第二步：根据插画脚本，制作手术三维建模和动画制作；

第三步：通过三维制作软件将模型和动画渲染生成医学手术数字化素材，导入数据配置编辑器进行手术步骤和交互操作配置，导出单个手术资源包；

第四步：将手术资源包存储入云端服务器，客户端用户通过App下载手术数字化内容解析并展示内容。

本发明进一步设置为，所述医学手术三维插画脚本依据医学手术术前录入思路和手术方案进行制作，在手术关键点和知识点中说明切口、患处、三维层次关系、手术操作方式以及器械的操作要领，将手术的思路、步骤顺联起来，形成一个用于检验对照的蓝本指导模型制作和三维动画制作。

本发明进一步设置为，所述手术三维模型采用标准的DICOM数据进行模型三维重构，针对破损残缺面数据采用Topogun和Maya Modeling Toolkit进行拓扑，完成人体器官模型建模、优化、贴图和美化。

本发明进一步设置为，在手术三维模型的基础上，人体器官三维模型采用融合变形编辑对柔性物体进行动画的制作，通过Maya Blend Shape和3DMax Morph完成柔性不规则物体挤压、拉伸、切开、扭曲及其他变形动画。

本发明进一步设置为，所述动画渲染采用渲染引擎VRay进行图片和动画渲染，通过分层渲染输出序列帧文件，采用后期Nuke进行后期动态处理，批量生成和输出数字化内容。

本发明进一步设置为，数字化内容的生产流程为：依照手术脚本流程，采用三维制作工具Maya进行制作、渲染和输出，通过手术动画交互编辑器进行数据预演和配置，将动画序列图、动画数据配置文件统一打包，作为单个的手术资源文件进行存储，完成后从云端服务器上传需准备的手术成果文件包；客户端App采用互联网即时通信Socket技术，将使用该客户端App的用户与后台服务器进行长连接，后台记录每一位用户的行为和实时交互数据，记录手术学习和考核过程中的细节，完成用户的学习晋级和记忆强化。

本发明与医用手术模拟器有很大的差别，主要表现在如下几个方面：

1、本发明未配备医用手术模拟器的力反馈硬件装置(机械设备)，本发明仅使用日常的智能手机下载App安装后即可学习；

2、本发明涉及依赖的教育App不具备医用手术模拟器的操作手感和物理力反馈机制，本发明采用三维动画进行三维场景和三维交互的视觉模拟，图像画面达到高质量的仿真的质量；

3、本发明采用基于Wi-Fi或3G网络通讯技术，手术库教学内容可通过Internet进行下载更新和扩充，按照医学学科进行分门别类，这是医用手术模拟器不具备的重要特点；

4、从普适的角度，本发明贴近日常教学生活，利用闲暇之余随时随地即可进行手术操作练习和知识点学习；医用手术模拟器价格昂贵(单台费用达数百万人民币)，只在医学院校和医院示教室购置安放，数量有限，维护费用极高，使用频次极低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为整体框架图；

图2为模型动画制作流程图；

图3为内容制作开发标准流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

本发明依赖于一款基于移动手机的应用程序App，是一个以手术操作模拟教学为主的医学教育平台。重点解决医科生或低年资医生利用工作碎片时间，通过手机App学习手术操作和手术知识点，学习规划化培训，提高自身的业务能力。本发明更多从互联网思维的角度进行设计和思考，通过在线任务系统进行虚拟医生的晋级学习之旅，通过设置各不同手术的操作要点和知识点问答，进行操作和学习考核，在类游戏的环节设置中学习各手术的整个过程、处理突发状况。

一种医学手术教育数字化生成和展示的方法(整体框架图参见图1)，包括下述步骤：

第一步：制作医学手术三维插画脚本。医学手术三维插画脚本依据医学手术术前录入思路和手术方案进行制作，在手术关键点和知识点中说明切口、患处、三维层次关系、手术操作方式以及器械的操作要领，将手术的思路、步骤顺联起来，形成一个用于检验对照的蓝本指导模型制作和三维动画制作。

第二步：根据插画脚本，制作手术三维建模和动画制作。手术三维模型采用标准的DICOM数据进行模型三维重构，针对破损残缺面数据采用Topogun和Maya ModelingToolkit进行拓扑，完成人体器官模型建模、优化、贴图和美化。在手术三维模型的基础上，人体器官三维模型采用融合变形编辑对柔性物体进行动画的制作，通过Maya Blend Shape和3D Max Morph完成柔性不规则物体挤压、拉伸、切开、扭曲及其他变形动画。

第三步：通过三维制作软件将模型和动画渲染生成医学手术数字化素材，导入数据配置编辑器进行手术步骤和交互操作配置，导出单个手术资源包。动画渲染采用渲染引擎VRay进行图片和动画渲染，通过分层渲染输出序列帧文件，采用后期Nuke进行后期动态处理，批量生成和输出数字化内容(见附图2)。

第四步：将手术资源包存储入云端服务器，客户端用户通过App下载手术数字化内容解析并展示内容。

数字化内容的生产流程为(见附图3)：依照手术脚本流程，采用三维制作工具Maya进行制作、渲染和输出，通过手术动画交互编辑器进行数据预演和配置，将动画序列图、动画数据配置文件统一打包，作为单个的手术资源文件进行存储，完成后从云端服务器上传需准备的手术成果文件包。

本发明开发的App采用跨平台的图像引擎技术Cocos2d-x框架，通过对底层图形图像技术OpenGL ES的封装，通过C++、Lua和JavaScript进行平台部署，本发明开发的App可覆盖iOS、Android、Windows Phone、Windows、Macintosh等系统，兼容目前市面上90％以上的现行使用移动终端设备。本发明采用互联网即时通信Socket技术，将使用该App的用户与后台服务器进行长连接，服务器时刻关注每一位用户的行为和实时交互反馈，记录医学教育学习和考核过程中细节，服务器汇总信息数据，完成用户的学习晋级，强化用户的知识记忆。

本发明开发的App的手术教学内容数据库可通过Internet进行下载更新和扩充。App按照医学学科进行分类，类别包括：骨科、普外科、胸外科、神经外科、妇产科、泌尿外科等。App通过学习模式和考核游戏模式对手术学习进行划分，通过对单个具体的手术步骤，从消毒铺巾开始、从手术器械的选择和使用着手，从单个手术步骤的精细化操作、步骤间的先后顺序逻辑关系等维度进行强化记忆和学习考核，学习过程采用消耗体力的方式进行模拟，避免长期无效的互动操作，通过过关奖励机制补充体力激励用户学习更多的手术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种医学手术教育数字化生成和展示的方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步：制作医学手术三维插画脚本；

第二步：根据插画脚本，制作手术三维建模和动画制作；

第三步：通过三维制作软件将模型和动画渲染生成医学手术数字化素材，导入数据配置编辑器进行手术步骤和交互操作配置，导出单个手术资源包；

第四步：将手术资源包存储入云端服务器，客户端用户通过App下载手术数字化内容解析并展示内容。

2.根据权利要求1所述的医学手术教育数字化生成和展示的方法，其特征在于，所述医学手术三维插画脚本依据医学手术术前录入思路和手术方案进行制作，在手术关键点和知识点中说明切口、患处、三维层次关系、手术操作方式以及器械的操作要领，将手术的思路、步骤顺联起来，形成一个用于检验对照的蓝本指导模型制作和三维动画制作。

3.根据权利要求1所述的医学手术教育数字化生成和展示的方法，其特征在于，所述手术三维模型采用标准的DICOM数据进行模型三维重构，针对破损残缺面数据采用Topogun和Maya Modeling Toolkit进行拓扑，完成人体器官模型建模、优化、贴图和美化。

4.根据权利要求1所述的医学手术教育数字化生成和展示的方法，其特征在于，在手术三维模型的基础上，人体器官三维模型采用融合变形编辑对柔性物体进行动画的制作，通过Maya Blend Shape和3D Max Morph完成柔性不规则物体挤压、拉伸、切开、扭曲及其他变形动画。

5.根据权利要求1所述的医学手术教育数字化生成和展示的方法，其特征在于，所述动画渲染采用渲染引擎VRay进行图片和动画渲染，通过分层渲染输出序列帧文件，采用后期Nuke进行后期动态处理，批量生成和输出数字化内容。

6.根据权利要求1所述的医学手术教育数字化生成和展示的方法，其特征在于，数字化内容的生产流程为：依照手术脚本流程，采用三维制作工具Maya进行制作、渲染和输出，通过手术动画交互编辑器进行数据预演和配置，将动画序列图、动画数据配置文件统一打包，作为单个的手术资源文件进行存储，完成后从云端服务器上传需准备的手术成果文件包；客户端App采用互联网即时通信Socket技术，将使用该客户端App的用户与后台服务器进行长连接，后台记录每一位用户的行为和实时交互数据，记录手术学习和考核过程中的细节，完成用户的学习晋级和记忆强化。