CN108648553B - 基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统，包括VR眼镜设备、脑电波传感器、无线发射装置、VR手持控制器、360度沉浸式全景培训平台、音频系统和摄像头，360度沉浸式全景培训平台包括直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台、图形工作站、高性能PC主机、交互大屏幕和专家系统，放疗质控设备模拟平台包括放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型。本发明解决了目前的培训学习大多数停留在观看视频学习和现场观摩的学习方式，同时由于放疗设备原因，物理师在学习过程中操作机会少，难以提高学习效率的问题。

Description

基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统及方法

技术领域

本发明涉及模拟培训技术领域，具体为一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统及操作方法。

背景技术

放射治疗过程中物理师起着非常重要的作用，其技术水平直接影响到治疗效果，目前大部分医院对物理师不够重视，物理师的技术水平仍参差不齐。医院现代化放疗设备数量不断增多，物理师操作水平影响放射治疗的效果，会对病患的治疗效果造成一定程度的影响。同时放疗设备的质量保证和质量控制工作非常重要，关系着患者的治疗效果。因此放疗物理师的学习培训至关重要。但目前的培训学习大多数停留在观看视频学习和现场观摩的学习方式，同时由于放疗设备原因，物理师在学习过程中操作机会少，难以提高学习效率。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统及操作方法，解决了目前的培训学习大多数停留在观看视频学习和现场观摩的学习方式，同时由于放疗设备原因，物理师在学习过程中操作机会少，难以提高学习效率的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统，包括VR眼镜设备、VR手持控制器、360度沉浸式全景培训平台、音频系统，所述360度沉浸式全景培训平台包括直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台、图形工作站、高性能PC主机、交互大屏幕，所述操作系统还包括脑电波传感器和无线发射装置，所述VR眼镜设备、无线发射装置和音频系统分别与高性能PC主机的输出端连接，所述脑电波传感器、VR手持控制器分别与高性能PC主机的输入端连接，所述高性能PC主机的输出端与图形工作站输入端连接，所述图形工作站输出端与交互大屏幕输入端连接；

所述高性能PC主机桌面安装有VR平台运行组件，通过VR平台运行组件内设置直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台和专家系统，其中，

所述直线加速器模拟平台包括直线加速器交互式操作模型和直线加速器的质控模型，所述直线加速器交互式操作模型包括直线加速器模拟手控盒、交互式控制台面和直线加速器模型；所述直线加速器的质控模型包括直线加速器的性能指标、直线加速器的保养与维护；

所述放疗质控设备模拟平台包括放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型，所述放疗流程学习模型包括放射治疗的基本知识、放疗流程演示；所述放疗技术展示模型包括剂量计算方法、逆向计划设计；所述放疗质控设备模型包括Dose1点剂量仪、Matrixx二维电离、PTW三维水箱；所述放疗计划设计模型包括Pinnacle计划系统和Monaco计划系统；

所述专家系统包括模拟学习记录系统和模拟学习评分系统，在直线加速器模拟平台和放疗质控设备模拟平台运行时，记录培训者相应的学习记录，学习完成后自动给出评分。

所述脑电波传感器佩戴于培训者的头部，用于获取培训者当前的脑波频率信息，通过对所述脑波频率信息进行分析，判断培训者注意力是否集中。

其中，所述VR手持控制器可点选直线加速器交互式操作模型、直线加速器的质控模型、放疗流程学习模型，放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型、进行各个模块的学习培训。

优选的，所述直线加速器模型包括以下三种品牌：Elekta机型包括Synergy、Synergy Platform、及Elekta Agility，Varian机型包括：CX和IX系列，Siemens机型为Artiste，所述直线加速器模拟手控盒可模拟进行直线加速器的多叶准直器的运动控制、机架旋转、光栅的旋转、治疗床三维方向的运动。

其中，所述音频系统在直线加速器模拟手控盒对直线加速器模拟运动时可提供手控盒按键功能介绍及各种运动发出的真实音频模拟，所述音频系统在交互式控制台面使用时由音频系统进行不同按键功能的介绍，所述音频系统在放疗计划设计模型使用时音频系统提供计划设计步骤介绍以及模拟TPS计划设计界面介绍。

其中，所述操作系统还包括用于记录模拟培训现场情况的摄像头。

（三）有益效果

本发明提供了一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统，具备以下有益效果：

1、本发明通过360度沉浸式全景培训平台包括直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台、图形工作站、高性能PC主机、交互大屏幕和专家系统，直线加速器模拟平台包括直线加速器交互式操作模型和直线加速器的质控模型，所述放疗质控设备模拟平台包括放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型，放疗物理师佩戴VR眼镜设备后，借助音频系统，通过VR手持控制器可点选放疗流程学习模型，放疗技术展示模型、直线加速器交互式操作模型，放疗质控设备模型、放疗计划设计模型、直线加速器的质控模型进行各个模块的学习培训，通过培训过程中的操作，以及借助音频系统，能模拟出真实的操作环境，提高了物理师的学习效率。

2、本发明通过专家系统在直线加速器模拟平台和放疗质控设备模拟平台运行时，记录培训者相应的学习记录，学习完成后自动给出评分，脑电波传感器用于获取培训者当前的脑波频率信息，通过对所述脑波频率信息进行分析，判断培训者注意力是否集中，所述摄像头用于记录模拟培训现场情况，通过脑电波传感器了解物理师的学习状态，配合专家系统给出培训的评分，使得物理师更好的了解到学习过程中的瑕疵，提高了物理师的学习效率，并通过无线发射装置能将学习成果及时传送到导师处，了解物理师的学习进程。

附图说明

图1为本发明提供的基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统的结构示意图。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统，包括VR眼镜设备、脑电波传感器、无线发射装置、VR手持控制器、360度沉浸式全景培训平台、音频系统和摄像头，所述360度沉浸式全景培训平台包括直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台、图形工作站、高性能PC主机和交互大屏幕。

所述直线加速器模拟平台包括直线加速器交互式操作模型和直线加速器的质控模型；所述放疗质控设备模拟平台包括放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型。

所述高性能PC主机桌面安装有VR平台运行组件，通过VR平台运行组件内设置直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台和专家系统。所述专家系统包括模拟学习记录系统和模拟学习评分系统，VR眼镜设备、无线发射装置和音频系统分别与高性能PC主机的输出端连接。

所述脑电波传感器、VR手持控制器分别与高性能PC主机的输入端连接，所述高性能PC主机的输出端与图形工作站输入端连接，所述图形工作站输出端与交互大屏幕输入端连接。放疗物理师佩戴VR眼镜设备后，借助音频装置，通过VR手持控制器可点选放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、直线加速器交互式操作模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型、直线加速器的质控模型进行各个模块的学习培训，无线发射装置与高性能PC主机的输出端连接，能将学习成果及时传送到导师处，了解物理师的学习进程。

所述直线加速器交互式操作模型包括直线加速器模拟手控盒、交互式控制台面和直线加速器模型，所述直线加速器模型包括以下三种品牌：Elekta机型包括Synergy、Synergy Platform、及Elekta Agility，Varian机型包括：CX和IX系列，Siemens机型为Artiste。

所述直线加速器模拟手控盒可模拟进行直线加速器的多叶准直器的运动控制、机架旋转、光栅的旋转、治疗床三维方向的运动，音频装置可提供手控盒按键功能介绍及各种运动发出的真实音频模拟。

放疗物理师通过VR手持控制器点选不同的直线加速器，通过模拟手控盒、交互式控制台面，借助音频装置进行直线加速器的操作培训；交互式控制台面可由物理师通过VR手持控制器点选不同的功能按键并由音频装置进行功能介绍，所述直线加速器的质控模型包括直线加速器的性能指标、直线加速器的保养与维护。

所述放疗流程学习模型包括放射治疗的基本知识、放疗流程演示；所述放疗技术展示模型包括剂量计算方法、逆向计划设计。

所述放疗质控设备模型包括Dose1点剂量仪、Matrixx二维电离、PTW三维水箱，物理师通过VR手持控制器点选不同的质控设备并学习观看相应设备的操作演示。

所述放疗计划设计模型包括Pinnacle计划系统和Monaco计划系统，音频装置提供计划设计步骤介绍以及模拟TPS计划设计界面介绍，物理师通过VR手持控制器点选不同的TPS，进行计划设计模拟培训，并由音频装置进行介绍。

专家系统在直线加速器模拟平台和放疗质控设备模拟平台运行时，记录培训者相应的学习记录，学习完成后自动给出评分，所述脑电波传感器用于获取培训者当前的脑波频率信息，通过对所述脑波频率信息进行分析，判断培训者注意力是否集中，可在培训后了解到物理师的学习过程和培训成果，及时发现自身的不足，有效的提高模拟学习的效率；摄像头用于记录模拟培训现场情况，有利于提高模拟培训现场秩序。

本发明中操作系统的操作方法，包括如下步骤：

（1）放疗物理师佩戴VR眼镜设备后，借助音频系统，通过VR手持控制器点选直线加速器交互式操作模型、直线加速器的质控模型、放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型中的任一模块，进行学习培训；

（2）无线发射装置与高性能PC主机的输出端连接，将学习成果及时传送到导师处，了解放疗物理师的学习进程；

（3）专家系统在放疗物理师学习过程中记录培训者相应的学习记录，学习完成后自动给出评分；

（4）脑电波传感器用于获取培训者当前的脑波频率信息，高性能PC主机通过对脑波频率信息进行分析，判断培训者注意力是否集中；

（5）摄像头记录模拟培训现场情况。

本发明能实现培训过程中动手操作，可模拟操控放疗设备，借助音频系统，真实的感受其中，并通过专家系统记录学习过程和评价培训过程，有助于物理师及时发现自身不足，提高了学习效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统，包括VR眼镜设备、VR手持控制器、360度沉浸式全景培训平台、音频系统，所述360度沉浸式全景培训平台包括直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台、图形工作站、高性能PC主机、交互大屏幕，其特征在于：所述操作系统还包括脑电波传感器和无线发射装置，所述VR眼镜设备、无线发射装置和音频系统分别与高性能PC主机的输出端连接，所述脑电波传感器、VR手持控制器分别与高性能PC主机的输入端连接，所述高性能PC主机的输出端与图形工作站输入端连接，所述图形工作站输出端与交互大屏幕输入端连接；

所述高性能PC主机桌面安装有VR平台运行组件，通过VR平台运行组件内设置直线加速器模拟平台、放疗质控设备模拟平台和专家系统，其中，所述直线加速器模拟平台包括直线加速器交互式操作模型和直线加速器的质控模型， 所述直线加速器交互式操作模型包括直线加速器模拟手控盒、交互式控制台面和直线加速器模型；所述直线加速器的质控模型包括直线加速器的性能指标、直线加速器的保养与维护；所述直线加速器模型包括以下三种品牌：Elekta机型包括Synergy、Synergy Platform、及Elekta Agility，Varian机型包括：CX和IX系列，Siemens机型为Artiste，所述直线加速器模拟手控盒可模拟进行直线加速器的多叶准直器的运动控制、机架旋转、光栅 的旋转、治疗床三维方向的运动；

所述放疗质控设备模拟平台包括放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型，所述放疗流程学习模型包括放射治疗的基本知识、放疗流程演示；所述放疗技术展示模型包括剂量计算方法、逆向计划设计；所述放疗质控设备模型包括Dose1点剂量仪、Matrixx二维电离、PTW三维水箱；所述放疗计划设计模型包括Pinnacle计划系统和Monaco计划系统；

所述专家系统包括模拟学习记录系统和模拟学习评分系统，在直线加速器模拟平台和放疗质控设备模拟平台运行时，记录培训者相应的学习记录，学习完成后自动给出评分；

所述脑电波传感器佩戴于培训者的头部，用于获取培训者当前的脑波频率信息，通过对所述脑波频率信息进行分析，判断培训者注意力是否集中；

所述音频系统在直线加速器模拟手控盒对直线加速器模拟运动时可提供手控盒 按键功能介绍及各种运动发出的真实音频模拟，所述音频系统在交互式控制台面使用时由 音频系统进行不同按键功能的介绍，所述音频系统在放疗计划设计模型使用时音频系统提供计划设计步骤介绍以及模拟TPS计划设计界面介绍。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统，其特征在于：所述VR手持控制器可点选直线加速器交互式操作模型、直线加速器的质控模型、放疗流程学习模型，放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型、进行各个模块的学习培训。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统，其特征在于：还包括用于记录模拟培训现场情况的摄像头。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实用于放疗物理师学习培训的操作系统的操作方法，其特征在于：所述的操作方法包括如下步骤：

（1）放疗物理师佩戴VR眼镜设备后，借助音频系统，通过VR手持控制器点选直线加速器交互式操作模型、直线加速器的质控模型、放疗流程学习模型、放疗技术展示模型、放疗质控设备模型、放疗计划设计模型中的任一模块，进行学习培训；

（2）无线发射装置与高性能PC主机的输出端连接，将学习成果及时传送到导师处，了解放疗物理师的学习进程；

（3）专家系统在放疗物理师学习过程中记录培训者相应的学习记录，学习完成后自动给出评分；

（4）脑电波传感器用于获取培训者当前的脑波频率信息，高性能PC主机通过对脑波频率信息进行分析，判断培训者注意力是否集中；

（5）摄像头记录模拟培训现场情况。

5.根据权利要求4所述的操作方法，其特征在于：步骤（1）中，所述直线加速器交互式操作模型包括直线加速器模拟手控盒、交互式控制台面和直线加速器模型；

所述直线加速器模拟手控盒可模拟进行直线加速器的多叶准直器的运动控制、机架旋转、光栅的旋转、治疗床三维方向的运动；

所述交互式控制台面可由物理师通过VR手持控制器点选不同的功能按键并由音频装置进行功能介绍；

所述直线加速器的质控模型包括直线加速器的性能指标、直线加速器的保养与维护。

6.根据权利要求5所述的操作方法，其特征在于：步骤（1）中，所述放疗流程学习模型包括放射治疗的基本知识、放疗流程演示；

所述放疗技术展示模型包括剂量计算方法、逆向计划设计；

所述放疗质控设备模型包括Dose1点剂量仪、Matrixx二维电离、PTW三维水箱，物理师通过VR手持控制器点选不同的质控设备并学习观看相应设备的操作演示；

所述放疗计划设计模型包括Pinnacle计划系统和Monaco计划系统，音频装置提供计划设计步骤介绍以及模拟TPS计划设计界面介绍，物理师通过VR手持控制器点选不同的TPS，进行计划设计模拟培训，并由音频装置进行介绍。