本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于VR技術(shù)和瞬態(tài)噪聲去噪技術(shù)的醫(yī)療手術(shù)仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，給當(dāng)今世界的制造業(yè)帶來了空前的技術(shù)革命，在這期間虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它給人們帶來了一門神奇的感覺和技術(shù)領(lǐng)域，給人們帶入了夢(mèng)幻世界。虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)稱VR，稱為靈境技術(shù)、是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本技術(shù)特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面、并行處理技術(shù)、多傳感技術(shù)、模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使得人們沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中并能夠通過語言、手勢(shì)等自然方式與之進(jìn)行互動(dòng)，創(chuàng)建了一種造人化的多維信息空間、具有廣闊的應(yīng)用前景。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)成為人們生活中重要的組成部分，人機(jī)接口技術(shù)成為人們關(guān)心的重要課題。因此近幾年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)，在城市規(guī)劃建設(shè)中被廣泛應(yīng)用并帶來顯著利益，從而展現(xiàn)規(guī)劃方案虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)感，用戶在體驗(yàn)過程中感受到場(chǎng)景的真實(shí)感和逼真的感覺沖擊，或者身臨其境的感覺、可以通過數(shù)據(jù)接口實(shí)時(shí)獲得虛擬環(huán)境中項(xiàng)目的相關(guān)信息，因此方便大型工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、有利于管理人員對(duì)各種方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和方案評(píng)估。

目前醫(yī)療技術(shù)在不斷的發(fā)展，醫(yī)護(hù)人員的技術(shù)水平需要進(jìn)一步提高，醫(yī)護(hù)人員通過翻閱資料來不斷的專研學(xué)術(shù)知識(shí)，包括醫(yī)療器械的使用和說明、多種疾病的診斷和治療，對(duì)人體多種解剖手術(shù)的學(xué)習(xí)和研究，等等很多醫(yī)療學(xué)術(shù)等待醫(yī)護(hù)人員去不斷探索，然而現(xiàn)有技術(shù)中醫(yī)護(hù)人員很多在學(xué)術(shù)研究中進(jìn)行手術(shù)的學(xué)習(xí)和鍛煉過程都是觀看視頻或者臨床觀摩其他醫(yī)護(hù)人員來學(xué)習(xí)研究，對(duì)于實(shí)際動(dòng)手能力沒有得到更好的鍛煉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明公開了一種基于VR技術(shù)和瞬態(tài)噪聲去噪技術(shù)的醫(yī)療手術(shù)仿真系統(tǒng)，包括

數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元：其存儲(chǔ)有多種醫(yī)療器械的模型元素信息、對(duì)應(yīng)該醫(yī)療器械的性能信息和涉及到該醫(yī)療器械的手術(shù)類型信息；

場(chǎng)景構(gòu)建單元：在虛擬環(huán)境區(qū)域調(diào)取數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)信息將每個(gè)醫(yī)療手術(shù)對(duì)應(yīng)的全部操作過程進(jìn)行圖像視頻編輯，該過程包括手術(shù)過程需要的醫(yī)療器械名稱、醫(yī)療器械的數(shù)量、在實(shí)際操作過程中醫(yī)生的操作姿勢(shì)；所述場(chǎng)景構(gòu)建單元包括編輯單元，所述編輯單元將多種手術(shù)正確的操作狀況信息進(jìn)行編輯后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)；

所述場(chǎng)景構(gòu)建單元還包括對(duì)視頻圖像和語音圖像進(jìn)行降噪處理的降噪模塊，所述降噪模塊首先對(duì)待處理對(duì)象進(jìn)行分幀處理、讀取本幀信號(hào)的梅爾倒譜系數(shù)和本幀信號(hào)的基因周期，采用梅爾倒譜系數(shù)來檢測(cè)本幀信號(hào)是否含有噪聲如果含有則使用基音周期預(yù)測(cè)值來進(jìn)行信號(hào)的波形重建實(shí)現(xiàn)其該幀信號(hào)的降噪過程。

虛擬現(xiàn)實(shí)成像單元：包括佩戴在醫(yī)護(hù)人員頭部上的VR成像模塊、佩戴在醫(yī)護(hù)人員手上的數(shù)據(jù)信息檢測(cè)手套，所述VR成像模塊包括3D眼鏡和與該眼鏡配合使用的立體耳機(jī)以及檢測(cè)醫(yī)護(hù)人員在模擬手術(shù)過程中的唇動(dòng)信息的唇動(dòng)檢測(cè)模塊，所述虛擬現(xiàn)實(shí)成像單元還包括矯正模塊；工作狀態(tài)下：醫(yī)護(hù)人員佩戴上3D眼鏡在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)的觀摩，當(dāng)需要進(jìn)行演練操作時(shí)醫(yī)護(hù)人員佩戴上數(shù)據(jù)信息檢測(cè)手套在虛擬環(huán)境下呈現(xiàn)的人體器官上進(jìn)行手術(shù)操作，同時(shí)口述該手術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)和手術(shù)過程的詳細(xì)操作，所述矯正模塊讀取數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)信息對(duì)該醫(yī)護(hù)人員的陳述和實(shí)際操作進(jìn)行判斷，如果該醫(yī)護(hù)人員實(shí)際操作動(dòng)作正確。

所述數(shù)據(jù)信息檢測(cè)手套實(shí)時(shí)檢測(cè)醫(yī)護(hù)人員的每個(gè)手指的動(dòng)作信息、手指握醫(yī)療器械的力度信息、手腕的力度信息，同時(shí)采用攝像頭對(duì)醫(yī)護(hù)人員在虛擬環(huán)境下的實(shí)際手法動(dòng)作即手術(shù)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝。

所述校正模塊包括學(xué)習(xí)模塊，當(dāng)醫(yī)護(hù)人員在虛擬環(huán)境下進(jìn)行手術(shù)演練過程中，對(duì)手術(shù)過程有新的研究和發(fā)現(xiàn)如解剖過程中的簡(jiǎn)易姿勢(shì)，所述學(xué)習(xí)模塊對(duì)上述信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并傳送至數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)其內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

所述降噪模塊對(duì)視頻圖像和聲音進(jìn)行降噪處理時(shí)梅爾倒譜系數(shù)采用如下方式計(jì)算：

輸入待處理對(duì)象的分幀信號(hào)，記錄其幀長(zhǎng)信息并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理；對(duì)當(dāng)前幀信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重和加窗處理得到頻域信號(hào)，計(jì)算頻域信號(hào)的能量譜，將頻域信號(hào)的能量譜通過一組梅爾標(biāo)度的三角形濾波器組進(jìn)行頻域?yàn)V波、計(jì)算各個(gè)濾波器輸出的能量和對(duì)數(shù)從而得到其梅爾倒譜系數(shù)。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明公開的一種基于VR技術(shù)和瞬態(tài)噪聲去噪技術(shù)的醫(yī)療手術(shù)仿真系統(tǒng)，在可視化環(huán)境下對(duì)醫(yī)療手術(shù)中的醫(yī)療器械信息和手術(shù)的實(shí)際操作信息進(jìn)行保存，當(dāng)醫(yī)護(hù)人員需要虛擬環(huán)境下進(jìn)行手術(shù)觀摩或者手術(shù)演練時(shí)進(jìn)入場(chǎng)景構(gòu)建單元進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的手術(shù)操作體驗(yàn)，在虛擬環(huán)境下醫(yī)護(hù)人員在人體器官的部位進(jìn)行解剖手術(shù)，在該過程中學(xué)習(xí)手術(shù)的技巧從而提高醫(yī)護(hù)人員的實(shí)際醫(yī)護(hù)水平。并且構(gòu)建的VR視頻信息都是經(jīng)過降噪處理，對(duì)視頻圖像和聲音信息進(jìn)行降噪處理后保證三維虛擬環(huán)境下的視頻數(shù)據(jù)更加清晰。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本系統(tǒng)中虛擬現(xiàn)實(shí)成像單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述：

如圖1-圖2所示的基于瞬態(tài)噪聲去噪技術(shù)和矯正技術(shù)的VR醫(yī)療體驗(yàn)系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元：其存儲(chǔ)有多種醫(yī)療器械的模型元素信息、對(duì)應(yīng)該醫(yī)療器械的性能信息和涉及到該醫(yī)療器械的手術(shù)類型信息。具體包括很多醫(yī)療器械小到手術(shù)刀大到大型醫(yī)療器械的結(jié)構(gòu)如：外傷處置車、手術(shù)床、手術(shù)燈、監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)、超聲儀等等的使用說明和性能說明，以及每個(gè)醫(yī)療器械適合的手術(shù)名稱等。醫(yī)療器械的模型元素信息包括視頻信息和圖像信息。

場(chǎng)景構(gòu)建單元：在虛擬環(huán)境區(qū)域調(diào)取數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)信息將每個(gè)醫(yī)療手術(shù)對(duì)應(yīng)的全部操作過程進(jìn)行圖像視頻編輯，該過程包括手術(shù)過程需要的醫(yī)療器械名稱、醫(yī)療器械的數(shù)量、在實(shí)際操作過程中醫(yī)生的操作姿勢(shì)；所述場(chǎng)景構(gòu)建單元包括編輯單元，所述編輯單元將多種手術(shù)正確的操作狀況信息進(jìn)行編輯后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。通過場(chǎng)景構(gòu)建單元的編輯單元對(duì)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元內(nèi)的元素信息進(jìn)行三維建模的編輯和整理，形成完整的三維立體視頻信息，還佩戴上聲音元素信息。并且將編輯好的視頻信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，供醫(yī)護(hù)人員在虛擬環(huán)境下觀摩使用。

所述場(chǎng)景構(gòu)建單元還包括對(duì)視頻圖像和語音圖像進(jìn)行降噪處理的降噪模塊，所述降噪模塊首先對(duì)待處理對(duì)象進(jìn)行分幀處理、讀取本幀信號(hào)的梅爾倒譜系數(shù)和本幀信號(hào)的基因周期，采用梅爾倒譜系數(shù)來檢測(cè)本幀信號(hào)是否含有噪聲如果含有則使用基音周期預(yù)測(cè)值來進(jìn)行信號(hào)的波形重建實(shí)現(xiàn)其該幀信號(hào)的降噪過程。

虛擬現(xiàn)實(shí)成像單元：包括佩戴在醫(yī)護(hù)人員頭部上的VR成像模塊、佩戴在醫(yī)護(hù)人員手上的數(shù)據(jù)信息檢測(cè)手套，所述VR成像模塊包括3D眼鏡和與該眼鏡配合使用的立體耳機(jī)以及檢測(cè)醫(yī)護(hù)人員在模擬手術(shù)過程中的唇動(dòng)信息的唇動(dòng)檢測(cè)模塊，所述虛擬現(xiàn)實(shí)成像單元還包括矯正模塊；工作狀態(tài)下：醫(yī)護(hù)人員佩戴上3D眼鏡在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)的觀摩，當(dāng)需要進(jìn)行演練操作時(shí)醫(yī)護(hù)人員佩戴上數(shù)據(jù)信息檢測(cè)手套在虛擬環(huán)境下呈現(xiàn)的人體器官上進(jìn)行手術(shù)操作，同時(shí)口述該手術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)和手術(shù)過程的詳細(xì)操作，所述矯正模塊讀取數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)信息對(duì)該醫(yī)護(hù)人員的陳述和實(shí)際操作進(jìn)行判斷，給出判斷結(jié)果。

所述數(shù)據(jù)信息檢測(cè)手套實(shí)時(shí)檢測(cè)醫(yī)護(hù)人員的每個(gè)手指的動(dòng)作信息、手指握醫(yī)療器械的力度信息、手腕的力度信息，同時(shí)采用攝像頭對(duì)醫(yī)護(hù)人員在虛擬環(huán)境下的實(shí)際手法動(dòng)作即手術(shù)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝。在虛擬環(huán)境下，醫(yī)護(hù)人員體驗(yàn)醫(yī)療手術(shù)過程中，由于手上佩戴上數(shù)據(jù)信息檢測(cè)手套，它可以檢測(cè)醫(yī)護(hù)人員在模擬演練過程的手法信息，包括手握手術(shù)刀的手法信息、用力信息，同時(shí)在將手術(shù)刀在人體器官進(jìn)行切割時(shí)候的刀法和如何解剖信息等等都可以采集到，并將檢測(cè)到的信息實(shí)時(shí)傳送給矯正模塊，所述矯正模塊由于讀取數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元內(nèi)正確的精確的手術(shù)操作相信，將兩者信息進(jìn)行對(duì)比，從而判斷該醫(yī)護(hù)人員的演練是否合格。

所述校正模塊包括學(xué)習(xí)模塊，當(dāng)醫(yī)護(hù)人員在虛擬環(huán)境下進(jìn)行手術(shù)演練過程中，對(duì)手術(shù)過程有新的研究和發(fā)現(xiàn)如解剖過程中的簡(jiǎn)易姿勢(shì)，所述學(xué)習(xí)模塊對(duì)上述信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并傳送至數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)其內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。利用學(xué)習(xí)模塊在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從統(tǒng)計(jì)醫(yī)護(hù)人員在醫(yī)療領(lǐng)域的新發(fā)明或者創(chuàng)造，對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展起到關(guān)鍵性的作用。

所述降噪模塊對(duì)視頻圖像和聲音進(jìn)行降噪處理時(shí)梅爾倒譜系數(shù)采用如下方式計(jì)算：

輸入待處理對(duì)象的分幀信號(hào)，記錄其幀長(zhǎng)信息并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理；對(duì)當(dāng)前幀信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重和加窗處理得到頻域信號(hào)，計(jì)算頻域信號(hào)的能量譜，將頻域信號(hào)的能量譜通過一組梅爾標(biāo)度的三角形濾波器組進(jìn)行頻域?yàn)V波、計(jì)算各個(gè)濾波器輸出的能量和對(duì)數(shù)從而得到其梅爾倒譜系數(shù)。對(duì)視頻圖像和聲音圖像在編輯的過程中進(jìn)行去噪處理，保證三維虛擬環(huán)境體驗(yàn)時(shí)候數(shù)據(jù)信息的真切性。

本系統(tǒng)提供的基于瞬態(tài)噪聲去噪技術(shù)和矯正技術(shù)的VR醫(yī)療體驗(yàn)系統(tǒng)，醫(yī)護(hù)人員在體驗(yàn)到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的同時(shí)對(duì)醫(yī)療器械的性能和功能進(jìn)行體感的體驗(yàn)，在醫(yī)療手術(shù)過程中對(duì)醫(yī)療技術(shù)得到更好的鍛煉和學(xué)習(xí)，達(dá)到更加真實(shí)的了解醫(yī)療器械的效果同時(shí)對(duì)各項(xiàng)醫(yī)療手術(shù)有很好的鍛煉和學(xué)習(xí)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。