本實用新型屬于虛擬現(xiàn)實技術領域，特別是涉及一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備。

背景技術：

虛擬現(xiàn)實技術是仿真技術的一個重要方向是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網(wǎng)絡技術等多種技術的集合是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現(xiàn)實技術(VR)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入做出實時響應，并分別反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。虛擬現(xiàn)實技術演變發(fā)展史大體上可以分為四個階段有聲形動態(tài)的模擬是蘊涵虛擬現(xiàn)實思想的第一階段(1963)年以前虛擬現(xiàn)實萌芽為第二階段(1963-1972)虛擬現(xiàn)實概念的產生和理論初步形成為第三階段(1973-1989)虛擬現(xiàn)實理論進一步的完善和應用為第四階段(1990-2004)。

虛擬現(xiàn)實是多種技術的綜合，包括實時三維計算機圖形技術，廣角(寬視野)立體顯示技術，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡傳輸、語音輸入輸出技術等。下面對這些技術分別加以說明。

相比較而言，利用計算機模型產生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準確的模型，又有足夠的時間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關鍵是實時。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當重要，同時對圖像質量的要求也很高，再加上非常復雜的虛擬環(huán)境，問題就變得相當困難。

人看周圍的世界時，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來，就形成了一個關于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。當然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。

在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產生了立體感。用戶(頭、眼)的跟蹤：在人造環(huán)境中，每個物體相對于系統(tǒng)的坐標系都有一個位置與姿態(tài)，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭(眼)的方向來確定的。

跟蹤頭部運動的虛擬現(xiàn)實頭套：在傳統(tǒng)的計算機圖形技術中，視場的改變是通過鼠標或鍵盤來實現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來，感覺更逼真。另一個優(yōu)點是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認識環(huán)境，而且可以通過頭部的運動去觀察環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實技術已運用在了各個技術領域，軍事航天領域，如模擬訓練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個重要課題，這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)，以提供坦克協(xié)同訓練，該系統(tǒng)可聯(lián)結200多臺模擬器。另外利用VR技術，可模擬零重力環(huán)境，替非標準的水下訓練宇航員的方法。房地產領域，它以視覺形式反映了設計者的思想，比如裝修房屋之前，你首先要做的事是對房屋的結構、外形做細致的構思，為了使之定量化，你還需設計許多圖紙，當然這些圖紙只能內行人讀懂，虛擬現(xiàn)實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的設計模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計和規(guī)劃的質量與效率。運用虛擬現(xiàn)實技術，設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設計的效果，直到滿意為止。既節(jié)約了時間，又節(jié)省了做模型的費用。應急推演領域，虛擬現(xiàn)實的產生為應急演練提供了一種全新的開展模式，將事故現(xiàn)場模擬到虛擬場景中去，在這里人為的制造各種事故情況，組織參演人員做出正確響應。這樣的推演大大降低了投入成本，提高了推演實訓時間，從而保證了人們面對事故災難時的應對技能，并且可以打破空間的限制方便的組織各地人員進行推演，這樣的案例已有應用，必將是今后應急推演的一個趨勢。VR在醫(yī)學方面的應用具有十分重要的現(xiàn)實意義。在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺手套，學生可以很容易了解人體內部各器官結構，這比現(xiàn)有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器，用于腿部及腹部外科手術模擬。但該系統(tǒng)有待進一步改進，如需提高環(huán)境的真實感，增加網(wǎng)絡功能，使其能同時培訓多個使用者，或可在外地專家的指導下工作等。手術后果預測及改善殘疾人生活狀況，乃至新型藥物的研制等方面，VR技術都有十分重要的意義。

現(xiàn)有技術中雖然公開了虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)療方面的應用，但關于虛擬現(xiàn)實技術具體在外科手術訓練方面的設備還很少見，本實用新型公開了一種外科手術訓練設備，醫(yī)生可在虛擬手術系統(tǒng)上觀察專家手術過程，也可重復實習。虛擬手術使得手術培訓的時間大為縮短，同時減少了對昂貴的實驗對象的需求。由于虛擬手術系統(tǒng)可為操作者提供一個極具真實感和沉浸感的訓練環(huán)境，力反饋繪制算法能夠制造很好的臨場感，所以訓練過程與真實情況幾乎一致，尤其是能夠獲得在實際手術中的手感。計算機還能夠給出一次手術練習的評價。在虛擬環(huán)境中進行手術，不會發(fā)生嚴重的意外，能夠提高醫(yī)生的協(xié)作能力。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型公開了一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，解決了現(xiàn)有技術中外科手術訓練成本高，難度大的技術問題。

本實用新型具體公開了一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，包括數(shù)據(jù)庫模塊、虛擬仿真計算機模塊、動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊；數(shù)據(jù)庫模塊與虛擬仿真計算機模塊相連用于將數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬仿真計算機模塊，當需要訓練哪種外科手術時，將數(shù)據(jù)庫模塊中的人體器官模擬數(shù)據(jù)塊調集出來傳輸給虛擬仿真計算機模塊，再通過虛擬仿真計算機模塊將人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，由虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)來生成模擬的人體器官；虛擬手術臺與虛擬手術燈與模擬的人體器官相配合使整個環(huán)境更加逼真。動作信息采集器上安裝有跟蹤球，通過無線通訊與虛擬仿真計算機模塊相連，虛擬仿真計算機模塊根據(jù)跟蹤球的移動變換來調整模擬環(huán)境的改變，從而將所對應的場景進行虛擬再現(xiàn)，其中信息采集器包括各種外科手術用的工具，學生可以利用這些帶跟蹤球的手術工具進行模擬手術。訓練結果判定模塊用于對學生訓練結果進行判定，并通過語音設備進行播報成績。

上述虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)為頭盔式虛擬現(xiàn)實設備。

上述虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)為眼鏡式虛擬現(xiàn)實設備。

訓練結果判定模塊包括了人體各種器官的標準手術方法。

訓練結果判定模塊還包括一個訓練結果語音播報模塊，用于對訓練結果進行語音播報。

本實用新型的有益效果是，通過本虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，使外科手術的訓練成本更低，不會有意外的發(fā)生，并且能夠制造極具真實的場景感。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面將對實施例描述中所需實用的附圖作簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，這些附圖所直接得到的技術方案也應屬于本實用新型的保護范圍。

圖1是本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似改進，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。

實施例1如圖1所示，一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，包括數(shù)據(jù)庫模塊、虛擬仿真計算機模塊、動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊；數(shù)據(jù)庫模塊與虛擬仿真計算機模塊相連用于將數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的信息傳輸給虛擬仿真計算機模塊，當需要訓練哪種外科手術時，將數(shù)據(jù)庫模塊中的人體器官模擬數(shù)據(jù)塊調集出來傳輸給虛擬仿真計算機模塊，再通過虛擬仿真計算機模塊將人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，由虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)來生成模擬的人體器官，及在醫(yī)生模擬手術時，模仿真實手術的場景，如鮮血場景；虛擬手術臺與虛擬手術燈與模擬的人體器官相配合使整個環(huán)境更加逼真。動作信息采集器，根據(jù)實習醫(yī)生的操作來采集其運動信息并通過無線通訊與虛擬仿真計算機模塊相連，虛擬仿真計算機模塊根據(jù)動作信息采集器傳輸?shù)男畔碚{整模擬環(huán)境的改變，從而將所對應的場景進行虛擬再現(xiàn)。訓練結果判定模塊用于對學生訓練結果進行判定。

實施例2如圖1一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，包括數(shù)據(jù)庫模塊、虛擬仿真計算機模塊、動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊；數(shù)據(jù)庫模塊中包含了各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)可以根據(jù)外科手術中訓練課題進行人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的選擇；數(shù)據(jù)庫模塊與虛擬仿真計算機模塊相連用于將數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬仿真計算機模塊，當需要訓練哪種外科手術時，將數(shù)據(jù)庫模塊中的人體器官模擬數(shù)據(jù)塊調集出來傳輸給虛擬仿真計算機模塊，再通過虛擬仿真計算機模塊將人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，由虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)來生成模擬的人體器官，及在醫(yī)生模擬手術時，模仿真實手術的場景，如鮮血場景；虛擬手術臺與虛擬手術燈與模擬的人體器官相配合使整個環(huán)境更加逼真。動作信息采集器，根據(jù)實習醫(yī)生的操作來采集其運動信息并通過無線通訊與虛擬仿真計算機模塊相連，虛擬仿真計算機模塊根據(jù)動作信息采集器傳輸?shù)男畔碚{整模擬環(huán)境的改變，從而將所對應的場景進行虛擬再現(xiàn)。訓練結果判定模塊用于對學生訓練結果進行判定。動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊與虛擬仿真計算機模塊的連接都是通過無線通訊完成的。這種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，能夠很好的為實習醫(yī)生及醫(yī)學學生提供外科手術的實習機會，從而有效降低了訓練的成本，場景模擬更加逼真，也有效的避免了實習過程中意外的發(fā)生。其中人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的設計，可以滿足各種外科手術訓練的需求。

實施例3如圖1一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，包括數(shù)據(jù)庫模塊、虛擬仿真計算機模塊、動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊；數(shù)據(jù)庫模塊中包含了各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)可以根據(jù)外科手術中訓練課題進行人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的選擇；所述訓練結果判定模塊還包括了一個訓練結果語音播報模塊，用于將學生訓練的結果與正確手術方式進行對比從而判定學生的手術方式是否正確，進而將結果進行語音播報。數(shù)據(jù)庫模塊與虛擬仿真計算機模塊相連用于將數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬仿真計算機模塊，當需要訓練哪種外科手術時，將數(shù)據(jù)庫模塊中的人體器官模擬數(shù)據(jù)塊調集出來傳輸給虛擬仿真計算機模塊，再通過虛擬仿真計算機模塊將人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，由虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)來生成模擬的人體器官，及在醫(yī)生模擬手術時，模仿真實手術的場景，如鮮血場景；虛擬手術臺與虛擬手術燈與模擬的人體器官相配合使整個環(huán)境更加逼真。動作信息采集器，根據(jù)實習醫(yī)生的操作來采集其運動信息并通過無線通訊與虛擬仿真計算機模塊相連，虛擬仿真計算機模塊根據(jù)動作信息采集器傳輸?shù)男畔碚{整模擬環(huán)境的改變，從而將所對應的場景進行虛擬再現(xiàn)。訓練結果判定模塊用于對學生訓練結果進行判定。動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊與虛擬仿真計算機模塊的連接都是通過無線通訊完成的。這種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，能夠很好的為實習醫(yī)生及醫(yī)學學生提供外科手術的實習機會，從而有效降低了訓練的成本，場景模擬更加逼真，也有效的避免了實習過程中意外的發(fā)生。其中人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的設計，可以滿足各種外科手術訓練的需求。語音播報模塊的設置可以使訓練結果更加一目了然便于導師進行更正。

實施例4如圖1一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，包括數(shù)據(jù)庫模塊、虛擬仿真計算機模塊、動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊；數(shù)據(jù)庫模塊中包含了各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)可以根據(jù)外科手術中訓練課題進行人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的選擇；所述訓練結果判定模塊還包括了一個訓練結果語音播報模塊，用于將學生訓練的結果與正確手術方式進行對比從而判定學生的手術方式是否正確，進而將結果進行語音播報。數(shù)據(jù)庫模塊與虛擬仿真計算機模塊相連用于將數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬仿真計算機模塊，當需要訓練哪種外科手術時，將數(shù)據(jù)庫模塊中的人體器官模擬數(shù)據(jù)塊調集出來傳輸給虛擬仿真計算機模塊，再通過虛擬仿真計算機模塊將人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，由虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)來生成模擬的人體器官，及在醫(yī)生模擬手術時，模仿真實手術的場景，如鮮血場景；虛擬手術臺與虛擬手術燈與模擬的人體器官相配合使整個環(huán)境更加逼真。動作信息采集器，根據(jù)實習醫(yī)生的操作來采集其運動信息并通過無線通訊與虛擬仿真計算機模塊相連，本實施例中動作信息采集器包括了外科手術所用的各種工具，如手術刀、手術剪等，并且在這些工具上安裝有跟蹤球，及無線通訊設備，可以將跟蹤球的運動信息通過無線通訊設備進傳遞給虛擬仿真計算機模塊，虛擬仿真計算機模塊根據(jù)動作信息采集器傳輸?shù)男畔碚{整模擬環(huán)境的改變，從而將所對應的場景進行虛擬再現(xiàn)，如器官內部構造及鮮血等的場景構建。本實施例中虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)是頭盔式虛擬現(xiàn)實設備。訓練結果判定模塊用于對學生訓練結果進行判定。動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊與虛擬仿真計算機模塊的連接都是通過無線通訊完成的。這種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，能夠很好的為實習醫(yī)生及醫(yī)學學生提供外科手術的實習機會，從而有效降低了訓練的成本，場景模擬更加逼真，也有效的避免了實習過程中意外的發(fā)生。其中人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的設計，可以滿足各種外科手術訓練的需求。語音播報模塊的設置可以使訓練結果更加一目了然便于導師進行更正。

實施例5如圖1一種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，包括數(shù)據(jù)庫模塊、虛擬仿真計算機模塊、動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊；數(shù)據(jù)庫模塊中包含了各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)可以根據(jù)外科手術中訓練課題進行人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的選擇；所述訓練結果判定模塊還包括了一個訓練結果語音播報模塊，用于將學生訓練的結果與正確手術方式進行對比從而判定學生的手術方式是否正確，進而將結果進行語音播報。數(shù)據(jù)庫模塊與虛擬仿真計算機模塊相連用于將數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的各種人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬仿真計算機模塊，當需要訓練哪種外科手術時，將數(shù)據(jù)庫模塊中的人體器官模擬數(shù)據(jù)塊調集出來傳輸給虛擬仿真計算機模塊，再通過虛擬仿真計算機模塊將人體器官模擬數(shù)據(jù)塊傳輸給虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，由虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)來生成模擬的人體器官，及在醫(yī)生模擬手術時，模仿真實手術的場景，如鮮血場景；虛擬手術臺與虛擬手術燈與模擬的人體器官相配合使整個環(huán)境更加逼真。動作信息采集器，根據(jù)實習醫(yī)生的操作來采集其運動信息并通過無線通訊與虛擬仿真計算機模塊相連，本實施例中動作信息采集器包括了外科手術所用的各種工具，如手術刀、手術剪等，并且在這些工具上安裝有跟蹤球，及無線通訊設備，可以將跟蹤球的運動信息通過無線通訊設備進傳遞給虛擬仿真計算機模塊，虛擬仿真計算機模塊根據(jù)動作信息采集器傳輸?shù)男畔碚{整模擬環(huán)境的改變，從而將所對應的場景進行虛擬再現(xiàn)，如器官內部構造及鮮血等的場景構建。本實施例中虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)是眼鏡式虛擬現(xiàn)實設備。訓練結果判定模塊用于對學生訓練結果進行判定。動作信息采集器、虛擬手術臺、虛擬手術燈、虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)、訓練結果判定模塊與虛擬仿真計算機模塊的連接都是通過無線通訊完成的。這種虛擬現(xiàn)實的外科手術訓練設備，能夠很好的為實習醫(yī)生及醫(yī)學學生提供外科手術的實習機會，從而有效降低了訓練的成本，場景模擬更加逼真，也有效的避免了實習過程中意外的發(fā)生。其中人體器官模擬數(shù)據(jù)塊的設計，可以滿足各種外科手術訓練的需求。語音播報模塊的設置可以使訓練結果更加一目了然便于導師進行更正。