基于混合现实的远程多人协同手术训练与指导平台

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处在现代社会,医疗领域的技术进步为提高人们的生活质量带来很多福音。但由于医疗及手术资源分配的不均,在中国大地上仍有很多地区的人们无法享受到这种医疗进步带来的便利,如:中西部地区。整体医疗水平特别是外科手术人员的业务技能水平偏低成为这些地区的现状。因此手术训练对于整个中国医疗体系,特别是偏远地区意义重大。而传统的手术训练由于训练时间漫长、实验对象资源稀少、成本高昂等诸多原因而使其普及受到限制。伴随虚拟现实技术而出现的虚拟手术,为手术训练提供了新思路,它可以较好的解决传统手术中存在的这些问题。  然而,当下的虚拟手术技术还普遍存在一些不足之处,如:沉浸感不强,交互方式单一,以及不能实现多人异地协同操作等。基于这些不足之处,再结合医疗手术领域对于手术训练的具体需求,本文提出了一种可进行远程手术训练和指导的多人协同手术训练系统。并且该系统的实现将基于交互体验更好、可扩展性更强的混合现实设备,可以给手术培训者以更逼真的训练体验和更高质量的训练效果。本文主要研究工作如下:  (1)首先,研究了适用于混合现实系统的常用虚拟手术场景元素创建方法。  (2)其次,完成了手术训练与指导模块相关功能的设计和实现。研究在混合现实设备中进行虚拟手术操作时的虚实场景叠加;对系统总体交互方案进行了设计和实现,即采用徒手交互与手术训练装置交互相结合的方式;对远程手术指导过程中,患者身高数据的获取方法进行了研究和实现。  (3)然后,对多用户远程协同通信所需的相关功能进行了研究和实现。针对多人协同系统进行了功能分析及流程设计,以保证模块化开发的可维护性及避免协同过程中的操作冲突问题;进行了基于C/S架构的远程通信模块框架搭建,并在此框架基础上,实现了远程通话、视频数据传输及各客户端虚拟场景间的信息同步;之后设计并实现了一个账号信息管理系统,用于协同通信中各客户端的信息管理。  (4)最后,设计并搭建了一个适用于本项目的混合现实硬件平台,并基于本研究团队在虚拟膝关节镜手术方面已积累的一些经验,以膝关节镜手术的训练与指导为实例,开发了一套基于混合现实的远程多人协同手术训练与指导原型系统。
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