The present invention relates to a virtual surgery training method and system based on hybrid reality. According to the volume data of real human body, the digital three-dimensional model including skeletal structure and soft tissue is established, so that the model data can accurately and clearly reflect the information of human skeleton, muscle, blood vessel, nerve and so on. Combining with head display of hybrid reality, dynamic teaching and dynamic teaching can be realized. Demonstration, real-time communication and multi-site consultation functions. The coordinates of the digitized three-dimensional model are transformed into the world coordinate system based on the operating platform, and matched to the plane of the operating platform to achieve the effect that virtual objects are naturally placed on the plane, thus creating a realistic surgical atmosphere. Applying force feedback to the hand according to the relative position relationship between the surgical instruments and the tissues in the three-dimensional model can make the operator feel the real operation intensity, experience the tactile response of the hand when the surgical instruments touch different tissues and organs, and improve the authenticity of the training.
【技术实现步骤摘要】
一种基于混合现实的虚拟手术训练方法及系统
本专利技术涉及生物医学与信息技术交叉学科
,具体涉及一种基于混合现实的虚拟手术训练方法及系统。
技术介绍
生物医学工程(BiomedicalEngineering,简称BME)是一门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法,从工程学的角度,在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系,揭示其生命现象,为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科。传统的手术教学做法是采用模拟橡皮人进行教学,手术录像的演示播放,器官实物标本讲解,人体尸体解剖教学,动物活体解剖教学以及专家手术观摩等形式,针对外科手术培训、手术预演、临床诊断、远程手术、康复治疗等医学辅助教学环节。教学一般需要在专门的实验室或手术间内进行。这种教学方法存在有许多不足,例如:1、模型人进行教学,模型人一般采用树脂或乳胶材料制得,易老化,使用过多次后就需要更换,模型人的价格比较高,经常更换教具大大增加了教学成本。2、人体解剖结构教学,在实验室里通过看录像或尸体解剖教学,不能起到使学生非常直观、轻松学习解剖结构的作用,并产生了大量的训练费用,如教材费,尸体解剖费,实习费等。3、专家手术观摩形式,使医务工作者不能完全沉浸于实际的场景内,通过视听触觉等多种感官了解和学习各种手术实际操作,对于年轻医生而言,不能亲自操作及与专家操作方法及时进行比对,发现自己的错误和不足,无疑使得培训年轻医务人员浪费大量费用和时间,不能获得良好的受训效果。4、对于病灶可以让医生在手术之前学习新的手术方法和程 ...
【技术保护点】
1.一种基于混合现实的虚拟手术训练方法,其特征在于,包括:收集完整的真实人体全身容积数据,并利用所述容积数据,构建包括骨性结构以及软组织的数字化三维模型;采集现实场景中的操作平台特征数据,并以所述操作平台为基准建立世界坐标系;将所述数字化三维模型的坐标转换到世界坐标系内,并将所述数字化三维模型匹配至所述操作平台平面;实时获取主视角位置坐标,并计算主视角相对于世界坐标系原点的旋转矩阵和平移向量,并以此更新所述数字化三维模型在主视角头戴式可视设备投影屏幕上的显示角度;实时追踪手部动作,获取手术器械位置变化数据,并根据手术器械与数字化三维模型中各组织的相对位置关系通过触觉感知手套向手部施加相应的力反馈。
【技术特征摘要】
1.一种基于混合现实的虚拟手术训练方法,其特征在于,包括:收集完整的真实人体全身容积数据,并利用所述容积数据,构建包括骨性结构以及软组织的数字化三维模型;采集现实场景中的操作平台特征数据,并以所述操作平台为基准建立世界坐标系;将所述数字化三维模型的坐标转换到世界坐标系内,并将所述数字化三维模型匹配至所述操作平台平面;实时获取主视角位置坐标,并计算主视角相对于世界坐标系原点的旋转矩阵和平移向量,并以此更新所述数字化三维模型在主视角头戴式可视设备投影屏幕上的显示角度;实时追踪手部动作,获取手术器械位置变化数据,并根据手术器械与数字化三维模型中各组织的相对位置关系通过触觉感知手套向手部施加相应的力反馈。2.根据权利要求1所述一种基于混合现实的虚拟手术训练方法,其特征在于,所述真实人体全身容积数据采集自核磁共振、CT及超声检查中的一种或多种。3.根据权利要求2所述一种基于混合现实的虚拟手术训练方法,其特征在于,所述的收集完整的真实人体全身容积数据,并利用所述容积数据,构建包括骨性结构以及软组织的数字化三维模型,包括以下步骤:在活体上设置标记物,利用核磁共振、CT及超声检查中的一种或多种手段采集包含有所述标记物的多组二维图像序列;根据所述多组二维图像序列分别进行三维重建;根据标记物的位置进行数据融合及配准,构建包括骨性结构以及软组织的数字化三维模型。4.根据权利要求1所述一种基于混合现实的虚拟手术训练方法,其特征在于,将所述数字化三维模型匹配至所述操作平台平面,包括:旋转所述数字化三维模型,使得数字化三维模型的人体中轴线与操作平台中轴线平行;获取旋转后数字化三维模型中y值最小的坐标点,并将其所在平面所述操作平台平面进行配准,以实现将所述数字化三维模型匹配至所述操作平台平面的操作。5.根据权利要求1所述一种基于混合现实的虚拟手术训练方法,其特征在于,在将所述数字化三维模型与所述操作平台平面关联后,还包括:实时获取至少一个从视角位置坐标;根据所述从视角位置坐标,计算从视角相对于世界坐标系原点的旋转矩阵和平移向量,并以此更新所述数字化三维模型在...
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