一种基于虚拟现实的手术培训与考核方法技术

一种基于虚拟现实的手术培训与考核方法，它包括数据库模块和执行模块，数据库模块分为培训与考核题库、手术阶段场景模型库、医疗器械和药物模型库以及疾患和治疗方案模型库，执行模块包括培训与考核选择模块，手术阶段选择模块，医疗器械和药物选择模块，疾患和治疗方案选择模块，培训与考核选择模块依次与手术阶段选择模块，医疗器械和药物选择模块，疾患和治疗方案选择模块连接。本发明专利技术能够借助虚拟现实系统完成手术培训与考核，借助虚拟现实系统验证和模拟治疗方案，借助虚拟现实系统观察疾患的演化机理，为手术技能的培训和考核，以及治疗方案的设计仿真提供更加环保和安全的方式。本发明专利技术的目的是为解决现有的手术培训与考核方法效率不高，浪费较大，手术风险较高的技术问题。

A Method of Operation Training and Assessment Based on Virtual Reality

A method of surgical training and assessment based on virtual reality includes database module and execution module. The database module is divided into training and assessment question bank, operation stage scene model bank, medical device and drug model bank and disease and treatment scheme model bank. The execution module includes training and assessment selection module, operation stage selection module, medical device and drug selection module. Block, disease and treatment program selection module, training and assessment selection module are connected with operation stage selection module, medical device and drug selection module, disease and treatment program selection module in turn. The invention can complete operation training and assessment by virtue of virtual reality system, verify and simulate treatment schemes by virtue of virtual reality system, observe the evolution mechanism of diseases by virtue of virtual reality system, and provide a more environmentally friendly and safe way for the training and assessment of surgical skills, as well as the design and Simulation of treatment schemes. The object of the present invention is to solve the technical problems of low efficiency, high waste and high operation risk of the existing operation training and assessment methods.

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟现实的手术培训与考核方法
本专利技术属于虚拟现实和医疗技术培训领域，具体涉及一种的基于虚拟现实的手术培训与考核方法。
技术介绍
近年来医学治疗有了飞速的发展，经历了由显微到微创内科，由两维影像到三维成像，以及神经导航和术中监测广泛应用等不同阶段。有的手术难度系数非常高，要求医师十分精细，熟练，对人体各部位构造有清晰的认识，更要有精准的操作技能。然而目前培训过程大多是依赖图谱、模型、动物、尸体、现场观摩，或者由高年资医师带教完成。这些培训方式都存在一定的缺陷，图谱缺乏立体感，模型缺乏真实感，而动物的解剖结构多有变异，而且尸体价格昂贵且缺乏可重复性，没有实际操作经验，增加感染发生率及患者风险等问题。人均学习资源的减少也是一个不可忽视的外部因素，手术技能培训的过程中，一方面患者对医院、医生缺乏信任，不愿意让新人在自己身上练手；另一方面，带教医师也不愿意因此而惹七不必要的麻烦。对于各科手术而言，由于多采用局部麻醉，且手术上台的人数有限，因而与大系统相比这一问题更加突出，其结果是住院手术机会越来越少。而且传统的手术方式很难在手术前观测手术中和手术后可能出现的风险和副作用现象，也无法提前观察手术过程医疗器械与患者身体的交互过程。培训机会和所需要的高超的技术形成了强烈反差，应用新的技术手段，加强培训已成为一个十分重要的任务。而医学手术是一门实践性要求很高的科学，实践次数的积累是不可逾越的必经之路，手术资格准入和分级授权需要长期的经验积累，所以对培训和考核相当重要。然而在市场上还缺乏一种基于虚拟现实的手术培训与考核方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有的基于虚拟现实的手术培训与考核方法电源的续航能力以及控制组件的控制效率有待提高的技术问题。一种基于虚拟现实的手术培训与考核方法，它包括数据库模块和执行模块，数据库模块分为培训与考核题库、手术阶段场景模型库、医疗器械和药物模型库以及疾患和治疗方案模型库，执行模块包括培训与考核选择模块、手术阶段选择模块、医疗器械和药物选择模块以及疾患和治疗方案选择模块，培训与考核选择模块依次与手术阶段选择模块、医疗器械和药物选择模块、疾患和治疗方案选择模块连接。上述培训与考核题库包括培训操作演示模型库、培训操作指导模型库以及考核试题模型库，所述培训操作演示模型库以及培训操作指导模型库是虚拟现实系统的培训考核建模库，用于根据培训、考核使用者的标准、规则及手术指导，可将教师端、学生端的计算机和虚拟现实系统终端组合起来，结合手术阶段场景模型库、医疗器械和药物模型库、疾患和治疗方案模型库构建多人、单人虚拟现实场景。上述手术阶段场景模型库用来存放整个虚拟世界中所有对象的3D模型，以及不同用户虚拟现实交互计算的中间结果，并结合数据可视化技术，以更形象、更直观的方式展现不同用户在对实验物手术操作的动态过程、人体各组织、器官在不同手术阶段的数据模型以及患者在不同手术阶段的表情、声音、身体姿态，及手术操作器与实验物的动态关系、实验物在动态手术操作中的动态变化，建立患者和病患部位随时间演化的动态模型，真实反映身体器官组织随患者生活、饮食、心理、治疗方案不同而发生生理变化的过程，构建术前、术中、术后的虚拟现实场景。上述医疗器械和药物模型库，虚拟医疗器械和药物模型库用于存储学生培训的3D操作动作及其语音，通过调动医疗器械和药物模型库来达到对于各种对患者及实验体或实验体操作讲解及其示范，将教师端、学生端的计算机和虚拟现实系统终端组合起来，结合手术阶段场景模型库、医疗器械和药物模型库、疾患和治疗方案模型库构建多人、单人虚拟现实场景。上述疾患和治疗方案模型库，虚拟疾患和治疗方案模型库用于存储各种不同疾病的患者局部组织或部分器官3D模型及实验体的各种生物结构局部或整体，以及不同疾患的可能的治疗方案模型，和治疗效果数据；虚拟疾患和治疗方案模型库是能够随时间而演化的，能够与患者的生活、生理、心理、治疗过程发生交互影响，通过虚拟现实系统观察不同器官间的模型的互相影响，不同的治疗方案同时实施时的互相影响，从而产生不同的生理变化和心理变化；通过对患者的疾患部位或器官的模型建构，对于部分器官或生物系统的局部或整个个体的模型建构，通过3D虚拟视频模型和3D语音模型向用户直观展示疾患或病理的动态演化过程，用户可以从组织或器官的宏观角度观察疾患或病理的生物学演化机制和治疗方案对生物体的影响全过程，也可以从更微观的分子生物学角度观察不同器官组织的细胞与药物和病原体交互过程和治疗方案的微观演化过程，从而制定更有针对性的治疗方案。上述培训与考核选择模块，通过调用培训与考核题库，进行对使用者的操作指导，实验的流程，虚拟现实服务器通过调用医疗器械和药物模型库用于存储学生培训的3D操作动作及其语音，通过调动医疗器械和药物模型库来达到对于各种对患者及实验体或实验体操作讲解及其示范。上述手术阶段选择模块(106)，对于患者进行术前准备、术中步骤注意事项、术后处理等不同时间进行分阶段建模，让学生能够完整地掌握不同阶段的治疗和护理知识；首先通过虚拟场景模型库建构，建构术前场景，对于患者的术前准备对患者及实验体模型、医师模型等构建，通过建构术前场景，通过虚拟现实系统观察患者的术前准备情况和生理、心理特征，并通过虚拟现实系统完成必要的术前检查和患者沟通，并对术前技能进行动态培训或考核，通过建构术中虚拟现实场景，从3D场景完整了解手术实施过程，不同的疾患和治疗方案所需的全套医疗器械和药物和护理方法，患者患病部位的完整手术过程和术中操作步骤，手术过程中所需的人员配合及注意事项；多名学员能够通过虚拟现实系统交互，共同配合完成手术的实施和治疗过程，并进行动态培训或考核；通过建构术后虚拟现实场景，完整地掌握患者的术后处理过程，观察患病部位的生理学演化过程，治疗方案和术后护理方案对患者不同部位的影响和动态演化过程，观察患者术后的生理、心理变化过程，进行动态培训或考核；通过用户终端的输出设备将计算结果反馈给用户，对手术操作情况进行可视化处理、分析和统计，对操作者的操作全过程进行记录，以供随时调阅和分析。上述医疗器械和药物选择模块包括输入设备、输出设备，输入设备是虚拟现实系统的输入接口，用于检测用户的状态、位置、生理参数，为构建力学可视化环境采集必要的数据；所述输入设备包括数据医疗器械、三维定位跟踪设备、摄像头，用来采集并传输用户与服务器交互的输入信息。上述疾患和治疗方案选择模块,用于从疾患和治疗方案模型库选择不同的疾患模型，为用户提供不同的疾患演化过程展示和治疗过程展示；多台虚拟现实系统能够同时观察不同患者对同一疾患的反应过程，以及多种治疗方案对同一名患者的不同治疗效果和副作用，以及同一治疗方案在不同患者身上的治疗过程和副作用。上述输出设备是虚拟现实系统的输出接口,用于将服务器输出信息展现给用户；输出设备包括视觉感知设备、听觉感知设备、触觉感知设备，输出设备用于将虚拟世界中各种感知数据和力学数据，转变为人所能感受的多通道刺激信号。上述数据医疗器械，是虚拟现实系统的中断输入设备，其功能是将现实世界中教师和学生的各种操作进行捕获，同时给予一定的反作用力，使其具有近乎真实的手术体验，同时医疗器械的重量及手握住部分通过蓝牙模块向输入设备手机等，传入指令，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟现实的手术培训与考核方法，其特征在于：它包括数据库模块和执行模块，数据库模块分为培训与考核题库(101)、手术阶段场景模型库(102)、医疗器械和药物模型库(103)以及疾患和治疗方案模型库(104)，执行模块包括培训与考核选择模块(105)、手术阶段选择模块(106)、医疗器械和药物选择模块(107)以及疾患和治疗方案选择模块(108)，培训与考核选择模块(105)依次与手术阶段选择模块(106)、医疗器械和药物选择模块(107)、疾患和治疗方案选择模块(108)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实的手术培训与考核方法，其特征在于：它包括数据库模块和执行模块，数据库模块分为培训与考核题库(101)、手术阶段场景模型库(102)、医疗器械和药物模型库(103)以及疾患和治疗方案模型库(104)，执行模块包括培训与考核选择模块(105)、手术阶段选择模块(106)、医疗器械和药物选择模块(107)以及疾患和治疗方案选择模块(108)，培训与考核选择模块(105)依次与手术阶段选择模块(106)、医疗器械和药物选择模块(107)、疾患和治疗方案选择模块(108)连接。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的手术培训与考核方法，其特征在于：所述培训与考核题库(101)包括培训操作演示模型库、培训操作指导模型库以及考核试题模型库，所述培训操作演示模型库以及培训操作指导模型库是虚拟现实系统的培训考核建模库，用于根据培训、考核使用者的标准、规则及手术指导，可将教师端、学生端的计算机和虚拟现实系统终端组合起来，结合手术阶段场景模型库、医疗器械和药物模型库、疾患和治疗方案模型库构建多人、单人虚拟现实场景。3.根据权利要求1或2所述的基于虚拟现实的手术培训与考核方法，其特征在于：所述手术阶段场景模型库(102)用来存放整个虚拟世界中所有对象的3D模型，以及不同用户虚拟现实交互计算的中间结果，并结合数据可视化技术，以更形象、更直观的方式展现不同用户在对实验物手术操作的动态过程、人体各组织、器官在不同手术阶段的数据模型以及患者在不同手术阶段的表情、声音、身体姿态，及手术操作器与实验物的动态关系、实验物在动态手术操作中的动态变化，建立患者和病患部位随时间演化的动态模型，真实反映身体器官组织随患者生活、饮食、心理、治疗方案不同而发生生理变化的过程，构建术前、术中、术后的虚拟现实场景。4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实的手术培训与考核方法，其特征在于：所述医疗器械和药物模型库(103)，虚拟医疗器械和药物模型库用于存储学生培训的3D操作动作及其语音，通过调动医疗器械和药物模型库来达到对于各种对患者及实验体或实验体操作讲解及其示范，将教师端、学生端的计算机和虚拟现实系统终端组合起来，结合手术阶段场景模型库、医疗器械和药物模型库、疾患和治疗方案模型库构建多人、单人虚拟现实场景。5.根据权利要求1或2或4其中之一所述的基于虚拟现实的手术培训与考核方法，其特征在于:所述疾患和治疗方案模型库(104)，虚拟疾患和治疗方案模型库用于存储各种不同疾病的患者局部组织或部分器官3D模型及实验体的各种生物结构局部或整体，以及不同疾患的可能的治疗方案模型，和治疗效果数据；虚拟疾患和治疗方案模型库是能够随时间而演化的，能够与患者的生活、生理、心理、治疗过程发生交互影响，通过虚拟现实系统观察不同器官间的模型的互相影响，不同的治疗方案同时实施时的互相影响，从而产生不同的生理变化和心理变化；通过对患者的疾患部位或器官的模型建构，对于部分器官或生物系统的局部或整个个体的模型建构，通过3D虚拟视频模型和3D语音模型向用户直观展示疾患或病理的动态演化过程，用户可以从组织或器官的宏观角度观察疾...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡政英，万鲲鹏，王蕊，肖三三，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42