基于AR技术的医学生人体手术操作系统

于钦君　李丽新　王沿州　赵宏民　姜涛　刘科旭

【摘要】在目前云技术和物联网技术迅猛发展的大背景下，多种前沿技术的融合变得更加容易。医学生实际操作变的更加容易，实战经验变得更加豐富，大大的降低犯错的几率。通过高效的云计算作为支撑，可以极大地丰富智能控制的功能。

【关键词】物联网技术 智能设备 云技术

一、引言

增强现实利用智能环境生成一种真实的视、听、力、触，动感觉的虚拟环境，利用各种传感设备使用户进入到该虚拟环境中 ，实现用户和虚拟环境直接进行信息交换，这是一种全新的人机交换技术 ，利用这种技术 ，可以模拟真实的事物 ，它是以交互性和构思性为基本特征的智能高级界面。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到身临其境的逼真感觉 ，而且能够突破时空以及其它客观限制 ，感受到在真实世界中无法亲身经历的体验和经历。

二、系统研究的意义及原因

从本项目的开发角度：使学生在指导教师的指导下，能够自主的完成软件项目研发的环境建构、需求分析、性能分析、总体设计、代码开发、终端调试、后期维护等内容，从而在软件项目开发的整个流程中得到有效的锻炼。真正作到了学以致用，教学与实际相结合。为参与项目的学生提供最真实的实际工作环境，保证学生从毕业生向软件工程师的顺利过渡。增强现实系统将成为一种新型的媒介可以将通过扫描获得的人体透视三维图形叠加在相应的身体部位，外科医生在给病人动手术的过程中，看到配准到病人身体上情况进行指导，同时增强现实还可用于虚拟人体解剖图、虚拟人体功能、虚拟手术模拟、远程手术等，在传统的医学教育中，如人体标本解剖和各种手术实训，受标本、场地等限制，实训费用高昂。同时，医学生不能通过反复在病人身上进行操作来提高临床实践能力、临床实践具有较大风险等。而虚拟现实的直观和体验特性却可以很好地解决以上问题。

三、平台的设计与实现

1.架构设计

2.软硬件设计

真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。

学生通过对AR操作系统的研发，在需求分析、性能分析、总体设计、代码开发、终端调试这五个方面得到充足的锻炼，进而成为一名优秀的软件工程师，且学生通过创业项目将学习与实践相结合，为国家提供了高科技创新型人才。

四、结语

AR的一种计算机图形图像处理技术，这种技术是将计算机产生的信息融合到使用者眼前的真实世界，增强了使用者对真实世界的感应能力。由于其虚实结合的优点，在医疗领域具有广阔的应用发展前景本论文的研究目的是将增强现实技术应用医疗外科手术导航中，使医生在计算机上能看到病人的身体情况，并在计算机上模拟手术过程，提高手术的完成质量。目前，我国在这方面的研究还处在起步阶段。

在医学手术过程中，运用AR技术来实验和完善手术过程已成为一种必要的趋势，在三维技术支持下，这种AR技术在医学中已成为可能，AR操作环境的使用既能保证病人的安全，提高手术效率，又能规避手术所遇到的错误，提高手术质量，使手术成功率提高，提高病人存活率，为中国医疗事业做出贡献。

该市场领域内，目前的研究方向主要集中在模拟训练和康复治疗两大块。在可预期的时间内，医疗方面，虚拟现实和增强现实的应用将从现在浅层的远程视频、录像应用等，向更高层次的智能系统集成、配套医学技术方案等方向发展，随着技术不断完善成熟，其在医疗领域的应用将会更加深入扩大。

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