本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)教學展示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是虛擬場景系統(tǒng)、知覺管理系統(tǒng)和用戶之間的多重信號傳導，使用戶融入虛擬場景。計算機完成虛擬場景的設(shè)計、制作，VR設(shè)備實現(xiàn)用戶的知覺反饋，這是虛擬現(xiàn)實的內(nèi)容輸入；用戶接收知覺信號并通過捕捉設(shè)備將用戶知覺輸入計算機，完成場景響應(yīng)，這是用戶的信號輸出；知覺管理系統(tǒng)將信號在虛擬場景系統(tǒng)和用戶之間不斷傳導，形成完整的信號閉環(huán)。不過目前VR技術(shù)最大的問題是暈眩的解決、行業(yè)標準的建立，困于多產(chǎn)業(yè)、多場景的復雜融合。

醫(yī)療教育的最終目的是臨床操作，但是傳統(tǒng)的平面教材缺失互動和立體等特性，難以給予學習者實質(zhì)性的高效指導，特別是實體解剖和外科手術(shù)等價值高但是機會少的資源稀缺，恰恰正是切中VR的優(yōu)勢。VR可以為學生提供課堂環(huán)境下提供不了的更優(yōu)醫(yī)療培訓。借助立體建模、定位測距、五維坐標（三維空間+平行宇宙）等技術(shù)，VR在模擬器官解剖和虛擬外科手術(shù)方面具有傳統(tǒng)教學難以比擬的巨大優(yōu)勢。

普通的VR技術(shù)僅僅只有操作人員本人才能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進行完整體驗，而周圍的觀摩人員則只能跟隨操作人員的視角，這樣容易導致觀摩人員會有嚴重的暈眩感以及無法對操作人員進行準確的指導。并且如果想將虛擬世界的影響向外界直播的時候也需要借助成本高昂的輔助設(shè)備等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)教學展示系統(tǒng)，是一種將手術(shù)全過程以第三人稱視角向外進行直播以及向觀摩人員展示的多視角直播系統(tǒng)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)教學展示系統(tǒng)，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元、手術(shù)流程及場景展示單元、虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元；所述手術(shù)流程及場景展示單元分別與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元、虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元連接；

所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元：存儲在人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程當中所使用的全部醫(yī)療器械的高精度模型及操作動畫，以及對應(yīng)的器械功能信息；

所述手術(shù)流程及場景展示單元：調(diào)取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)構(gòu)建一個虛擬手術(shù)室以及手術(shù)工具與材料，針對髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)具體流程，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元中的模型數(shù)據(jù)進行采集和加工，完成整個手術(shù)流程，并通過虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元顯示；該單元可以具體分為場景展示單元和手術(shù)流程操作單元，場景展示單元：在虛擬環(huán)境內(nèi)調(diào)取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)構(gòu)建一個與真實手術(shù)場景高度對應(yīng)的虛擬手術(shù)室以及極其仿真的手術(shù)工具與材料。手術(shù)流程操作單元：針對手術(shù)具體流程，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元中的模型數(shù)據(jù)進行采集和加工，完成整個手術(shù)流程，并通過虛擬現(xiàn)實成像單元和手術(shù)直播單元成像及顯示。

所述虛擬現(xiàn)實成像單元：以操作人員的視角成像并顯示；顯示的輸出有兩種，一種是操作者的VR成像顯示，即：通過佩戴在操作人員頭部的虛擬成像設(shè)備顯示；另一種是通過平面顯示器顯示，操作人員虛擬成像顯示設(shè)備可以清楚的觀察到場景展示單元，平面顯示器可以提供給第三方人員看到操作人員實時所觀察到的場景展示單元。

所述手術(shù)直播單元：以觀摩人員的視角成像并顯示；是提供給觀摩人員的可以全方位觀察整個手術(shù)操作全過程的顯示單元，可以讓操作人員無需顧慮自身視角的情況下向觀摩人員進行整個手術(shù)過程的講解，也可以讓觀摩人員在手術(shù)的全程實時指導操作人員手術(shù)操作。

所述手術(shù)流程及場景展示單元包括虛擬操作控制單元、髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)流程處理單元、手術(shù)器械與手術(shù)目標模擬單元、手術(shù)操作輸入單元；虛擬操作控制單元分別與髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)流程處理單元、手術(shù)器械與手術(shù)目標模擬單元、手術(shù)操作輸入單元連接，手術(shù)操作輸入單元、手術(shù)器械與手術(shù)目標模擬單元、髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)流程處理單元依次連接；

虛擬操作控制單元進行整體流程控制，由手術(shù)操作輸入單元獲取操作人員手的實時位置以及正在進行的操作，當操作人員進行的操作信息進入到手術(shù)器械與手術(shù)目標模擬單元后，進行手術(shù)操作流程檢查以及精度檢查，檢查通過后通過髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)流程處理單元推動手術(shù)流程繼續(xù)進行。

所述虛擬現(xiàn)實成像單元包括操作人員頭控模塊、操作人員攝像機、操作人員VR成像單元、虛擬現(xiàn)實成像輸出單元、操作人員非VR成像單元、平面顯示器；操作人員攝像機分別與手術(shù)流程及場景展示單元、操作人員頭控模塊、操作人員VR成像單元、操作人員非VR成像單元連接，操作人員VR成像單元與虛擬現(xiàn)實成像輸出單元連接，操作人員非VR成像單元與平面顯示器連接；

手術(shù)操作的場景及動作的圖形數(shù)據(jù)信息由手術(shù)流程及場景展示單元送入操作人員攝像機，操作人員攝像機由操作人員頭控模塊控制方向與角度，其展示操作人員的第一視角，對于操作人員的視角以兩個成像單元顯示，既操作人員VR成像單元和操作人員非VR成像單元，再分別由虛擬現(xiàn)實成像輸出單元、平面顯示器輸出。

所述手術(shù)直播單元包括觀摩人員攝像機、觀摩人員成像顯示單元、平面顯示器；手術(shù)流程及場景展示單元、觀摩人員攝像機、觀摩人員成像單元、平面顯示器依次連接；

手術(shù)操作的場景及動作的圖形數(shù)據(jù)信息由手術(shù)流程及場景展示單元送入觀摩人員攝像機，觀摩人員成像顯示單元以觀摩人員的視角成像后由平面顯示器輸出，觀摩人員攝像機是預先設(shè)定好的固定機位，目的是向觀摩人員展示整個手術(shù)的全貌。

本發(fā)明提供的基于虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)教學展示系統(tǒng)，使醫(yī)護人員可以在體驗到虛擬現(xiàn)實技術(shù)的同時對需要多種器械操作的手術(shù)有一個比較直觀的體驗，在整個手術(shù)模擬過程當中可以讓醫(yī)療技術(shù)得到更好的鍛煉和達到學習交流目的，可以更加真實的學習和了解人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的流程及規(guī)范，本發(fā)明還創(chuàng)建了一個專供觀摩人員觀看的手術(shù)直播單元，在啟動手術(shù)直播單元之后，手術(shù)操作人員可以非常方便的向觀摩人員講解手術(shù)，觀摩人員也可以全方位的觀察整個手術(shù)過程并給出指導。

附圖說明

圖1為本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本系統(tǒng)中手術(shù)流程及場景展示單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本系統(tǒng)中虛擬現(xiàn)實成像單元及手術(shù)直播單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元、手術(shù)流程及場景展示單元、虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元；所述手術(shù)流程及場景展示單元分別與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元、虛擬現(xiàn)實成像單元、手術(shù)直播單元連接。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元：存儲由多種手術(shù)操作器械組成的模型數(shù)據(jù)，對應(yīng)的該手術(shù)器械的功能信息以及使用場景等，例如電刀、取頭器、電動骨鋸、髖臼銼、股骨假體、股骨頭假體等手術(shù)操作器械的1:1等比例高精度模型及操作動畫等信息。

手術(shù)流程及場景展示單元：用于模擬真實的手術(shù)室場景來帶給操作人員一種接近真實手術(shù)的環(huán)境體驗，同時控制整個手術(shù)流程并會給出語音提示。在圖2中具體描述了整個手術(shù)流程及場景展示單元的組成。該單元由虛擬操作控制單元進行整體流程控制，操作人員手持代表手術(shù)器械的模擬手柄，手柄的所有信息由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲單元所提供，手柄的輸出信息交由精細操作單元處理，由手術(shù)操作輸入單元來獲取操作人員手的實時位置以及正在進行的操作，當操作人員進行的操作信息進入到手術(shù)器械與手術(shù)目標模擬單元的時候，會進行大量的手術(shù)操作流程檢查以及精度檢查，檢查通過后才能推動手術(shù)流程繼續(xù)進行。髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)流程處理單元是專門用來處理手術(shù)流程步驟以保證手術(shù)是按照正確的方式進行的。

虛擬現(xiàn)實成像單元和手術(shù)直播單元都是將手術(shù)操作的過程畫面展示出來，但其渲染流程是有區(qū)別的。如圖3所示，左側(cè)分支為虛擬現(xiàn)實成像單元流程，右側(cè)分支為手術(shù)直播單元流程，手術(shù)流程及場景展示單元中的手術(shù)操作的場景及動作的圖形數(shù)據(jù)信息會分別送入操作人員攝像機和觀摩人員攝像機，操作人員攝像機有操作人員自己的頭控模塊控制方向與角度等，展示的是操作人員的第一視角，而觀摩人員攝像機則是預先設(shè)定好的固定機位，目的是向觀摩人員展示整個手術(shù)的全貌。對于操作人員的視角，在通常的虛擬顯示系統(tǒng)中會分出兩個成像單元，既操作人員的雙目顯示單元和提供給旁觀人員的單一平面顯示單元，但這兩個顯示單元的顯示內(nèi)容通常是一樣的。本發(fā)明中單獨創(chuàng)建了一個專供觀摩人員觀看的手術(shù)直播單元。在啟動手術(shù)直播單元之后，手術(shù)操作人員可以非常方便的向觀摩人員講解手術(shù)，觀摩人員也可以全方位的觀察整個手術(shù)過程并給出指導。

以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，故在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或裝飾，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)，本發(fā)明未做詳細闡述的內(nèi)容均屬于現(xiàn)有技術(shù)。