基于AR技術的醫學平臺設計

于欽君 李麗新 王沿州 趙宏民 姜濤 牟星沛

【摘要】在目前云技術和物聯網技術迅猛發展的大背景下，多種前沿技術的融合變得更加容易。醫學生實際操作變的更加容易，重大手術擁有模擬機會，手術操作方法具有多樣性，增加手術成功概率，實戰經驗變得更加豐富，大大的降低犯錯的幾率。通過高效的云計算作為支撐，可以極大地豐富智能控制的功能。

【關鍵詞】AR技術 醫學行業 數據庫

一、引言

增強現實是利用計算機生成一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環境，通過各種傳感設備使用戶沉浸到該環境中，實現用戶和環境直接進行自然交互AR：增強現實是一種全新的人機交互技術，利用這樣一種技術，可以模擬真實的現場景觀，它是以交互性和構想為基本特征的計算機高級人機界面。使用者不僅能夠通過虛擬現實系統感受到在客觀物理世界中所經歷的"身臨其境"的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其它客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。

二、系統研究的意義及原因

從本項目的開發角度：使學生在指導教師的指導下，能夠自主的完成軟件項目研發的環境建構、需求分析、性能分析、總體設計、代碼開發、終端調試、后期維護等內容，從而在軟件項目開發的整個流程中得到有效的鍛煉。真正作到了學以致用，教學與實際相結合。為參與項目的學生提供最真實的實際工作環境，保證學生從畢業生向軟件工程師的順利過渡。

在遠程醫療中采用虛擬現實技術，外地病人的各種生理參數可以反映在遠在北上廣甚至國外的醫療專家面前的虛擬病人身上，專家們便能及時作出結論，并給出相應的治療措施。這樣，利用遠程醫療技術，即使邊遠地區的病人也可以得到經驗豐富的醫生的診治，特別是那些當地醫生無法解決的疑難雜癥。遠程外科手術是遠程醫療中的一個重要組成部分，在手術時，手術醫生在一個虛擬病人環境中操作，控制在遠處給實際病人做手術的機器人的動作。目前，美國佐治亞醫學院和佐治亞技術研究所的專家們已經合作研制出了能進行遠程眼科手術的機器人。這些機器人在有豐富經驗的眼科醫生的控制下，更安全地完成眼科手術，而不需要醫生親自到現場去。在傳統的醫學教育中，如人體標本解剖和各種手術實訓，受標本、場地等限制，實訓費用高昂。同時，醫學生不能通過反復在病人身上進行操作來提高臨床實踐能力、臨床實踐具有較大風險等。而虛擬現實的直觀和體驗特性卻可以很好地解決以上問題。

三、平臺的設計與實現

1.架構設計

2.軟硬件設計

虛擬現實，簡稱VR，是利用電腦設備模擬出一個虛擬的三維空間，再運用沉浸式頭戴設備，為使用者提供視覺，聽覺，和一定程度上的觸覺反饋。讓使用者能夠身臨其境一般來探索模擬的未知三維空間。性能高效的計算機硬件，能夠熟練應用的軟件開發環境，能夠支持多臺計算機和路由器組成的局域網絡，若干不同型號測試用安卓設備，一臺或多臺能過連接到互聯網用于資料查詢的計算機以及其他各種相關技術資料的獲取方式。

VR交互方式是因為純虛擬三維世界所決定其必須依靠外部的手柄，位置與動作捕捉設備，和最為重要的數據頭盔。而AR是虛實結合，主要依靠攝像頭投射的畫面進行實時互動。

本系統采用BIM架構，應用熟練的軟件開發語言如NET或者JAVA，以及軟件開發環境如.python、VB等開發出一套基于BIM三維設計的軟件，可通過互聯網與云平臺進行信息交互，進而完善三維信息的架構，獲得醫學信息的匹配，并且熟練應用數據庫開發語言例如SQL等完成大數據庫的基本框架，獲得大數據的自我豐富和升級，其旨在如何調配三者之間關系，形成完整的混合現實應用系統。

學生通過對AR操作系統的研發，在需求分析、性能分析、總體設計、代碼開發、終端調試這五個方面得到充足的鍛煉，進而成為一名優秀的軟件工程師，且學生通過創業項目將學習與實踐相結合，為國家提供了高科技創新型人才。

四、結語

虛擬現實和增強現實技術在最近幾年迎來火熱爆發，醫療行業也成為AR/VR行業的深度研究和重點應用方向。根據美國研究機構IndustryARC的一份報告稱，到2020年，虛擬現實和增強現實在醫療健康領域將達到25.4億美元的市場規模，之后將逐年遞增，成為醫療行業的標準技術應用。

在醫學手術過程中，運用AR技術來實驗和完善手術過程已成為一種必要的趨勢，在三維技術支持下，這種AR技術在醫學中已成為可能，AR操作環境的使用既能保證病人的安全，提高手術效率，又能規避手術所遇到的錯誤，提高手術質量，使手術成功率提高，提高病人存活率，為中國醫療事業做出貢獻。

該市場領域內，目前的研究方向主要集中在模擬訓練和康復治療兩大塊。在可預期的時間內，醫療方面，虛擬現實和增強現實的應用將從現在淺層的遠程視頻、錄像應用等，向更高層次的智能系統集成、配套醫學技術方案等方向發展，隨著技術不斷完善成熟，其在醫療領域的應用將會更加深入擴大。

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基金項目：吉林建筑大學大學生創新創業訓練計劃項目，項目編號：2018S1111。