一种虚拟仿真正骨手法培训系统及其建立方法
[0026]进一步地，所述碰撞检测模块的检测贯穿于正骨仿真的整个过程中，并且在一定时间间隔内完成肌肤与虚拟人手、骨折部位两骨段之间的碰撞检测。
[0027]进一步地，所述形变计算模块中在计算手指的碰撞模型中使用球体扫掠体，在计算手掌的碰撞模型中使用组合方向包围盒方法。
[0028]为了达到上述第二目的，本发明采用的技术方案如下:
[0029]一种根据上述虚拟仿真正骨手法培训系统的建立方法，包括以下步骤，
[0030]S1、虚拟人手的建模和动态控制，
[0031]通过三维软件实现对虚拟人手建模和动态控制，能够完成关节的基本手部动作；
[0032]S2、骨折端及肌肤的建模，
[0033]对于典型的骨折断端的几何模型的构建；
[0034]S3、手部模型的碰撞检测，
[0035]使用包围盒形体代替原有模型来进行形体碰撞的计算；
[0036]S4、采用有限元法进行变形检测，
[0037]使用有限元分析软件求解形变；
[0038]S5、建立正骨标准手法数据库，
[0039]针对同一类型的骨折，由专家进行手法复位演示，获得手的动作数据，并将相关的手法数据存入到正骨标准手法数据库中。
[0040]进一步地，所述步骤SI中，虚拟人手的形状只包含手腕、手掌、手指和关节部分，且几何模型的构建首先通过3dsMax建模工具完成，再通过OpenGL调用3dsMax模型进行重绘，并且在绘制几何模型时选择三角形网格的方式绘制虚拟人手。
[0041]进一步地，所述步骤SI中，虚拟人手动态控制时，虚拟人手的运动包括了移动、转动、摆动等运动。这些运动受到各个关节的约束。
[0042]进一步地，所述步骤S2中，将皮肤、肌肉、脂肪设定为同一个软组织，在观察皮肤外观时，采用面模型进行建模，在骨折骨断端的仿真过程断面动画显示时，采用体模型建模。
[0043]进一步地，所述步骤S4中，采集专家手法复位动作时，获得手的动作数据，用统计学方法将数据拟合，生成一个标准动作轨迹，计算出专家多次手法的波动区间，对不同手法和骨折部位，按照关键施力点将手法过程划分为多个阶段。
[0044]与现有技术相比，本发明的优点在于:通过三维建模模块构建骨折骨断处的三维模型和虚拟人手的三维模型，操作者通过观看显示模块显示的骨折骨断处的仿真画面进行正骨操作，数据采集模块采集操作者的手部动作并通过显示模块显示的虚拟人手以演示，在演示的过程中，碰撞检测模块实时检测虚拟人手和骨折处是否有碰撞，形变计算模块计算有碰撞处的肌肤变形情况，再通过显示模块显示有碰撞变形后的虚拟画面，并且比较模块同时将操作者的手部动作与正骨标准手法数据库中的标准手法做对比，检测操作者的错误与不足，再通过显示模块显示，使得操作者学习改进。
【附图说明】
[0045]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]图1是本发明所述虚拟仿真正骨手法培训系统的结构示意图；
[0047]图2是本发明所述虚拟仿真正骨手法培训系统的建立方法的方法原理图。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0049]参阅图1所示，本发明提供一种虚拟仿真正骨手法培训系统包括:
[0050]数据采集模块1，用于将正骨过程的操作者虚拟人手位置和骨折骨断处位置的追踪，并通过显示模块2将其显示到一显示器画面中，即通过位置追踪装置，将正骨过程中医师手部位置和骨折两端位置都追踪到，记录追踪目标的动作六度空间变化数据，精度位移在I毫米以内、空间角度在I度以内，以减少追踪过程的误差度；
[0051]显示模块2，用于显示骨折骨断处和虚拟人手处的动态模型；
[0052]三维建模模块3，用于构建骨折骨断处和虚拟人手的静态模型和动态模型；
[0053]碰撞检测模块4，用来检测用户所操纵的虚拟人手是否与虚拟场景中病人的肌肤发生了碰撞；
[0054]形变计算模块5，用于对在正骨的运动过程和肌肤的形变进行模拟；
[0055]正骨标准手法数据库6，用于对正骨手法的标准手法进行存储和对常见的伤骨和骨折断面形态进行存储；
[0056]比较模块7，用于将用户所操纵的正骨手法与标准手法进行比较；
[0057]三维建模模块3分别与数据采集模块1、显示模块2、碰撞检测模块4，形变计算模块5、比较模块7相连接，比较模块7还分别与正骨标准手法数据库6、显示模块2相连接，碰撞检测模块4还与形变计算模块5相连接。
[0058]在本发明中，数据采集模块I采用“力学采集”和“位置追踪”的方法获取数据。以下是以Colles骨折为对象的手法数据采集举例:
[0059]一、“力学采集”数据的方法:
[0060](一 )病例选择
[0061]选择符合Colles骨折临床研宄标准的全部30例患者。患者均有外伤史，伤后腕部疼痛并迅速肿胀，重者出现餐叉状畸形。腕关节，前臂旋转运动、手指的活动均因疼痛而受限。X线检查:骨远端骨折块向背侧、桡侧移位，骨折处向掌侧成角，桡骨短缩，骨折处背侧骨质嵌入或粉碎骨折，桡骨远端骨折块旋后。参与研宄的患者均签署知情同意书后进行测量。
[0062]1.诊断标准(见附录I)
[0063]2.病例纳入标准(见附录I)
[0064]3.病例排除标准(见附录I)
[0065]( 二)具体方法
[0066]1.采集指标:提按操作的力学参数一一各手指作用力均值、峰值、作用时间。
[0067]2.正骨手法复位操作:邀请一位从事手法复位治疗的专家实施Colles骨折提按法复位操作，内容如下:
[0068](I)帮助患者脱去患肢衣服，解释治疗的方法及目的，减轻患者恐惧心理，取得病人的合作。
[0069](2)根据肢体畸形和X线照片的图象，先用手触摸其骨折部，手法先轻后重，从上到下，从近端到远端，了解骨折移位情况。
[0070](3)患者仰卧位，肘部屈曲90°，前臂中立位。一助手把住上臂，另一助手两手扣紧大小鱼际肌，先顺势拔伸。
[0071](4)术者双手拇指放在骨折远端背侧、双手余指置于近端的掌侧，拇指按压、余指向背侧端提，握手部的助手同时将腕掌屈、尺偏。
[0072]3.采集设备:
[0073]采用Tekscan多通道单点测力采集系统(MELF system)。该系统由美国Tekscan公司开发研制，由多通道计算机分析软件、数据采集器、Flexiforee传感器三部分组成。Flexiforee传感器由两层很薄的聚酯薄膜组成，每层薄膜上铺设银质导体并涂上特殊的压敏半导体材料，两片薄膜压合在一起形成传感器。银质导体从传感点处延伸至传感器的连接端，传感器点在电路中起电阻作用。受力为零时，电阻最大；力越大，电阻越小。当外力作用到传感点上时，传感点的阻值的倒数随外力成正比例变化。
[0074]4.采集方法:
[0075]运用MELF system采集提按法复位Colles骨折过程中术者双手1-4指对患者施加力量的大小和时间。先把一付7.5号乳胶手套的1-4指自中节指间关节以远剪下，将8片A401传感器用双面胶贴在指套内面的指腹部，用指套将传感器固定在各手指施力部位，信号线自手背部引出，接数据采集器，用弹力护腕固定在术者前臂中下段，8个数据采集器的USB接口通过HUB与计算机连接，然后，打开多通道计算机分析软件，加载校准文件，检查各传感器接通情况，状况良好后进行测量。
[0076]患者仰卧位，肘部屈曲90°，前臂中立位。一助手把住上臂，另一助手两手扣紧大小鱼际肌，先顺势拔伸；打开软件的录入功能，戴传感器的术者双手拇指放在骨折远端背侦I双手余指置于近端的掌侧，拇指按压、余指向背侧端提，握手部助手同时将腕尺偏。手法结束后
文档序号 :
【 8457984 】
技术研发人员：关宏刚,黄若景
技术所有人：关宏刚,黄若景
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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