于欽君 李麗新 王沿州 趙宏民 姜濤 牟星沛

【摘要】在目前云技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的大背景下，多種前沿技術(shù)的融合變得更加容易。醫(yī)學(xué)生實(shí)際操作變的更加容易，重大手術(shù)擁有模擬機(jī)會(huì)，手術(shù)操作方法具有多樣性，增加手術(shù)成功概率，實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)變得更加豐富，大大的降低犯錯(cuò)的幾率。通過(guò)高效的云計(jì)算作為支撐，可以極大地豐富智能控制的功能。

【關(guān)鍵詞】AR技術(shù) 醫(yī)學(xué)行業(yè) 數(shù)據(jù)庫(kù)

一、引言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)生成一種逼真的視、聽(tīng)、力、觸和動(dòng)等感覺(jué)的虛擬環(huán)境，通過(guò)各種傳感設(shè)備使用戶沉浸到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶和環(huán)境直接進(jìn)行自然交互AR：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一種全新的人機(jī)交互技術(shù)，利用這樣一種技術(shù)，可以模擬真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)景觀，它是以交互性和構(gòu)想為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面。使用者不僅能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的"身臨其境"的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)間以及其它客觀限制，感受到在真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。

二、系統(tǒng)研究的意義及原因

從本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)角度：使學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，能夠自主的完成軟件項(xiàng)目研發(fā)的環(huán)境建構(gòu)、需求分析、性能分析、總體設(shè)計(jì)、代碼開(kāi)發(fā)、終端調(diào)試、后期維護(hù)等內(nèi)容，從而在軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的整個(gè)流程中得到有效的鍛煉。真正作到了學(xué)以致用，教學(xué)與實(shí)際相結(jié)合。為參與項(xiàng)目的學(xué)生提供最真實(shí)的實(shí)際工作環(huán)境，保證學(xué)生從畢業(yè)生向軟件工程師的順利過(guò)渡。

在遠(yuǎn)程醫(yī)療中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，外地病人的各種生理參數(shù)可以反映在遠(yuǎn)在北上廣甚至國(guó)外的醫(yī)療專家面前的虛擬病人身上，專家們便能及時(shí)作出結(jié)論，并給出相應(yīng)的治療措施。這樣，利用遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)，即使邊遠(yuǎn)地區(qū)的病人也可以得到經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生的診治，特別是那些當(dāng)?shù)蒯t(yī)生無(wú)法解決的疑難雜癥。遠(yuǎn)程外科手術(shù)是遠(yuǎn)程醫(yī)療中的一個(gè)重要組成部分，在手術(shù)時(shí)，手術(shù)醫(yī)生在一個(gè)虛擬病人環(huán)境中操作，控制在遠(yuǎn)處給實(shí)際病人做手術(shù)的機(jī)器人的動(dòng)作。目前，美國(guó)佐治亞醫(yī)學(xué)院和佐治亞技術(shù)研究所的專家們已經(jīng)合作研制出了能進(jìn)行遠(yuǎn)程眼科手術(shù)的機(jī)器人。這些機(jī)器人在有豐富經(jīng)驗(yàn)的眼科醫(yī)生的控制下，更安全地完成眼科手術(shù)，而不需要醫(yī)生親自到現(xiàn)場(chǎng)去。在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教育中，如人體標(biāo)本解剖和各種手術(shù)實(shí)訓(xùn)，受標(biāo)本、場(chǎng)地等限制，實(shí)訓(xùn)費(fèi)用高昂。同時(shí)，醫(yī)學(xué)生不能通過(guò)反復(fù)在病人身上進(jìn)行操作來(lái)提高臨床實(shí)踐能力、臨床實(shí)踐具有較大風(fēng)險(xiǎn)等。而虛擬現(xiàn)實(shí)的直觀和體驗(yàn)特性卻可以很好地解決以上問(wèn)題。

三、平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.軟硬件設(shè)計(jì)

虛擬現(xiàn)實(shí)，簡(jiǎn)稱VR，是利用電腦設(shè)備模擬出一個(gè)虛擬的三維空間，再運(yùn)用沉浸式頭戴設(shè)備，為使用者提供視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，和一定程度上的觸覺(jué)反饋。讓使用者能夠身臨其境一般來(lái)探索模擬的未知三維空間。性能高效的計(jì)算機(jī)硬件，能夠熟練應(yīng)用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，能夠支持多臺(tái)計(jì)算機(jī)和路由器組成的局域網(wǎng)絡(luò)，若干不同型號(hào)測(cè)試用安卓設(shè)備，一臺(tái)或多臺(tái)能過(guò)連接到互聯(lián)網(wǎng)用于資料查詢的計(jì)算機(jī)以及其他各種相關(guān)技術(shù)資料的獲取方式。

VR交互方式是因?yàn)榧兲摂M三維世界所決定其必須依靠外部的手柄，位置與動(dòng)作捕捉設(shè)備，和最為重要的數(shù)據(jù)頭盔。而AR是虛實(shí)結(jié)合，主要依靠攝像頭投射的畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。

本系統(tǒng)采用BIM架構(gòu)，應(yīng)用熟練的軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言如NET或者JAVA，以及軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境如.python、VB等開(kāi)發(fā)出一套基于BIM三維設(shè)計(jì)的軟件，可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與云平臺(tái)進(jìn)行信息交互，進(jìn)而完善三維信息的架構(gòu)，獲得醫(yī)學(xué)信息的匹配，并且熟練應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言例如SQL等完成大數(shù)據(jù)庫(kù)的基本框架，獲得大數(shù)據(jù)的自我豐富和升級(jí)，其旨在如何調(diào)配三者之間關(guān)系，形成完整的混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)。

學(xué)生通過(guò)對(duì)AR操作系統(tǒng)的研發(fā)，在需求分析、性能分析、總體設(shè)計(jì)、代碼開(kāi)發(fā)、終端調(diào)試這五個(gè)方面得到充足的鍛煉，進(jìn)而成為一名優(yōu)秀的軟件工程師，且學(xué)生通過(guò)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目將學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，為國(guó)家提供了高科技創(chuàng)新型人才。

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在最近幾年迎來(lái)火熱爆發(fā)，醫(yī)療行業(yè)也成為AR/VR行業(yè)的深度研究和重點(diǎn)應(yīng)用方向。根據(jù)美國(guó)研究機(jī)構(gòu)IndustryARC的一份報(bào)告稱，到2020年，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在醫(yī)療健康領(lǐng)域?qū)⑦_(dá)到25.4億美元的市場(chǎng)規(guī)模，之后將逐年遞增，成為醫(yī)療行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用。

在醫(yī)學(xué)手術(shù)過(guò)程中，運(yùn)用AR技術(shù)來(lái)實(shí)驗(yàn)和完善手術(shù)過(guò)程已成為一種必要的趨勢(shì)，在三維技術(shù)支持下，這種AR技術(shù)在醫(yī)學(xué)中已成為可能，AR操作環(huán)境的使用既能保證病人的安全，提高手術(shù)效率，又能規(guī)避手術(shù)所遇到的錯(cuò)誤，提高手術(shù)質(zhì)量，使手術(shù)成功率提高，提高病人存活率，為中國(guó)醫(yī)療事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

該市場(chǎng)領(lǐng)域內(nèi)，目前的研究方向主要集中在模擬訓(xùn)練和康復(fù)治療兩大塊。在可預(yù)期的時(shí)間內(nèi)，醫(yī)療方面，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用將從現(xiàn)在淺層的遠(yuǎn)程視頻、錄像應(yīng)用等，向更高層次的智能系統(tǒng)集成、配套醫(yī)學(xué)技術(shù)方案等方向發(fā)展，隨著技術(shù)不斷完善成熟，其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加深入擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡延群.VR/AR應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)研究[J/OL].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)：1[2018-10-31].https：//doi.org/10.19474/j.cnki.10-1156/f.006787.

[2]萬(wàn)俊呈.人工智能對(duì)醫(yī)學(xué)影像行業(yè)的影響及應(yīng)對(duì)策略[J].科技風(fēng)，2018（21）：8.

[3]莫祖英，馬費(fèi)成.數(shù)據(jù)庫(kù)信息資源內(nèi)容質(zhì)量用戶滿意度模型及實(shí)證研究[J].中國(guó)圖書館學(xué)報(bào)，2013，39（02）：85-97.

基金項(xiàng)目：吉林建筑大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2018S1111。