本發(fā)明涉及全息投影技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于共軛成像的全息投影模擬手術(shù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
醫(yī)療事業(yè)與人們的生活息息相關(guān)，而且?guī)缀跛腥嗽谝簧?dāng)中或多或少的會(huì)進(jìn)行各種各樣的手術(shù)治療，眾多由于手術(shù)經(jīng)驗(yàn)少而造成手術(shù)水平不高的醫(yī)生，不僅造成了很多無(wú)法挽回的人為失誤，更是促使了現(xiàn)在公共醫(yī)療發(fā)展不平衡 ：一些醫(yī)院床位緊張，一些醫(yī)院無(wú)人問(wèn)津的現(xiàn)象發(fā)生。 手術(shù)經(jīng)驗(yàn)是制約一名醫(yī)生手術(shù)水平高低的關(guān)鍵因素，一名醫(yī)生在學(xué)習(xí)時(shí)只能通過(guò)人體模型了解基本的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)解剖法律允許醫(yī)學(xué)院使用的尸體來(lái)熟悉臨床手術(shù)流程，這種學(xué)習(xí)方法只能使學(xué)員了解理論知識(shí)及基礎(chǔ)的切、縫等技能，無(wú)法加強(qiáng)學(xué)員針對(duì)真人的臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，特別是針對(duì)不同病例的不同手術(shù) ；學(xué)員畢業(yè)成為醫(yī)生后，工作時(shí)間越久，臨床手術(shù)做的數(shù)量越多，醫(yī)生的手術(shù)水平就會(huì)越高，這只能靠時(shí)間及大量病人的積累才能獲得，然而現(xiàn)在大多數(shù)病人都不傾向于選擇沒(méi)有臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)少的醫(yī)生，從而使得臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn)少的醫(yī)生做手術(shù)的機(jī)會(huì)越來(lái)越少，臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生手術(shù)越來(lái)越多，甚至于病人過(guò)多安排不開(kāi)，造成一些病人病情的延誤如此惡性循環(huán)。
隨著激光技術(shù)和全息技術(shù)的快速發(fā)展，全息顯示已經(jīng)深入到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。全息投影系統(tǒng)利用激光照射全息圖，獲得目標(biāo)的真實(shí)再現(xiàn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的單一像素到單一像素的投影系統(tǒng)，全息激光投影利用全息圖上所有像素對(duì)再現(xiàn)面上的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行再現(xiàn)，其再現(xiàn)圖像色彩鮮艷、對(duì)比度高，并且具有信息冗余、容錯(cuò)性能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。全息投影技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于舞臺(tái)、影院、廣告、博覽會(huì)、醫(yī)院等公共場(chǎng)合，可替代任何現(xiàn)有的顯示設(shè)備，具有非常強(qiáng)的感染力和獨(dú)特效果，商業(yè)潛力巨大。
總的來(lái)說(shuō)，目前技術(shù)中提出的對(duì)全息投影的互動(dòng)，一般是基于界面整體的控制，如開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、更換圖像等操作，而不能根據(jù)投影的內(nèi)容對(duì)展示的三維信息進(jìn)行操控，目前的全息投影展示，當(dāng)參觀者需要觀察同一物體的不同角度的圖像時(shí)，需要移動(dòng)到不同角度去觀察，而不是通過(guò)與系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同角度的觀察，展示形式單一，友好性差，而且由于觀察角度的問(wèn)題，參觀者無(wú)法觀察到投影圖像所有角度的情況，從而無(wú)法全面的進(jìn)行觀察，無(wú)法達(dá)到與全息投影系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)的目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種基于共軛成像的全息投影模擬手術(shù)系統(tǒng)，包括工作平臺(tái)、平臺(tái)支撐箱、底座、接口，還包括目標(biāo)物，共軛成像系統(tǒng)，共軛延拓圖像，傅里葉變換透鏡，CCD攝像機(jī)，數(shù)字全息圖，計(jì)算機(jī)，激光光源，準(zhǔn)直系統(tǒng)，空間光調(diào)制器，投影屏幕，所述工作平臺(tái)包括全息投影燈陣列、噴氣孔陣列、壓力傳感器陣列、進(jìn)氣孔、噴氣控制箱 ；所述平臺(tái)支撐箱包括外圍支撐臂和控制電子元件組，平臺(tái)支撐箱為中空設(shè)計(jì)，其中外圍支撐臂起到支撐工作平臺(tái)的作用，內(nèi)部中空部分安放控制電子元件組，減小了系統(tǒng)體積 ；所述接口包括數(shù)據(jù)接口及電源接口，兩接口區(qū)域設(shè)有保護(hù)蓋，系統(tǒng)工作時(shí)打開(kāi)保護(hù)蓋連接數(shù)據(jù)線與電源線，放置時(shí)關(guān)閉保護(hù)蓋保護(hù)接口，其中，由傅里葉變換透鏡、CCD攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成全息圖獲取系統(tǒng)，由激光光源、準(zhǔn)直系統(tǒng)、空間光調(diào)制器和投影屏幕構(gòu)成數(shù)字全息圖的投影再現(xiàn)系統(tǒng)。
所述噴氣孔陣列設(shè)計(jì)成同時(shí)集成與噴氣孔一一對(duì)應(yīng)的壓力傳感器陣列，模擬手術(shù)進(jìn)行時(shí)，例如手術(shù)刀下刀等動(dòng)作通過(guò)壓力傳感器陣列反饋給系統(tǒng)的控置電子元件組，控制電子元件組進(jìn)行分析運(yùn)算后，通過(guò)噴氣控制箱時(shí)時(shí)更新相應(yīng)噴氣孔的噴氣能量大小，同時(shí)通過(guò)控制全息投影燈陣列時(shí)時(shí)更新全息投影的立體圖像，由此達(dá)到與真實(shí)個(gè)體手術(shù)一樣的感官效果。
所述的共軛成像系統(tǒng)可以是由分光鏡、梯形等腰棱鏡、屋脊棱鏡、潛望棱鏡或者等腰直角棱鏡、潛望棱鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，也可以是由CCD攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。其中，由分光鏡、梯形等腰棱鏡、屋脊棱鏡和潛望棱鏡組成的垂直轉(zhuǎn)像移像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的垂直方向共軛延拓，由等腰直角棱鏡、潛望棱鏡組成的水平轉(zhuǎn)像移像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的水平方向共軛延拓。
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)，由于共軛延拓圖像的傅立葉變換為實(shí)值函數(shù)，將該實(shí)值函數(shù)作為全息圖包含了目標(biāo)物的所有信息，避免了僅將幅值或者僅將相位作為全息圖的信息損失，全息圖的再現(xiàn)質(zhì)量更高，通過(guò)單次傅立葉變換計(jì)算全息圖，避免了普通全息圖計(jì)算方法中多次傅立葉變換的時(shí)間損耗，提高了全息圖的計(jì)算效率。其中，采用傅里葉變換透鏡的光計(jì)算方法更極大地提高了全息圖的計(jì)算速度，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物的實(shí)時(shí)投影再現(xiàn)，首先可以通過(guò)三維制圖軟件或設(shè)備掃描詳細(xì)完整的模擬近乎真實(shí)的完整人體模型，同時(shí)可以針對(duì)不同病例的不同病變部位進(jìn)行特殊建模，即可以使醫(yī)學(xué)院學(xué)員進(jìn)行各種類(lèi)型的真實(shí)臨床手術(shù)練習(xí)，也可以使醫(yī)院醫(yī)生進(jìn)行各種針對(duì)性的專(zhuān)業(yè)手術(shù)練習(xí)，增加臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn) ；其次針對(duì)一些特殊病人或成功率較低的復(fù)雜手術(shù)，該系統(tǒng)可以針對(duì)患者進(jìn)行針對(duì)性建模，醫(yī)生通過(guò)該發(fā)明系統(tǒng)提前進(jìn)行手術(shù)預(yù)演，可以提前發(fā)現(xiàn)真實(shí)手術(shù)時(shí)的疑點(diǎn)難點(diǎn)，熟練手術(shù)流程及注意事項(xiàng)，大大增加針對(duì)病人的真實(shí)手術(shù)的成功率，減少醫(yī)療事故的發(fā)生。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明提供了一種基于共軛成像的全息投影模擬手術(shù)系統(tǒng)，包括工作平臺(tái)、平臺(tái)支撐箱、底座、接口，還包括目標(biāo)物，共軛成像系統(tǒng)，共軛延拓圖像，傅里葉變換透鏡，CCD攝像機(jī)，數(shù)字全息圖，計(jì)算機(jī)，激光光源，準(zhǔn)直系統(tǒng)，空間光調(diào)制器，投影屏幕，所述工作平臺(tái)包括全息投影燈陣列、噴氣孔陣列、壓力傳感器陣列、進(jìn)氣孔、噴氣控制箱 ；所述平臺(tái)支撐箱包括外圍支撐臂和控制電子元件組，平臺(tái)支撐箱為中空設(shè)計(jì)，其中外圍支撐臂起到支撐工作平臺(tái)的作用，內(nèi)部中空部分安放控制電子元件組，減小了系統(tǒng)體積 ；所述接口包括數(shù)據(jù)接口及電源接口，兩接口區(qū)域設(shè)有保護(hù)蓋，系統(tǒng)工作時(shí)打開(kāi)保護(hù)蓋連接數(shù)據(jù)線與電源線，放置時(shí)關(guān)閉保護(hù)蓋保護(hù)接口，其中，由傅里葉變換透鏡、CCD攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成全息圖獲取系統(tǒng)，由激光光源、準(zhǔn)直系統(tǒng)、空間光調(diào)制器和投影屏幕構(gòu)成數(shù)字全息圖的投影再現(xiàn)系統(tǒng)。
所述噴氣孔陣列設(shè)計(jì)成同時(shí)集成與噴氣孔一一對(duì)應(yīng)的壓力傳感器陣列，模擬手術(shù)進(jìn)行時(shí)，例如手術(shù)刀下刀等動(dòng)作通過(guò)壓力傳感器陣列反饋給系統(tǒng)的控置電子元件組，控制電子元件組進(jìn)行分析運(yùn)算后，通過(guò)噴氣控制箱時(shí)時(shí)更新相應(yīng)噴氣孔的噴氣能量大小，同時(shí)通過(guò)控制全息投影燈陣列時(shí)時(shí)更新全息投影的立體圖像，由此達(dá)到與真實(shí)個(gè)體手術(shù)一樣的感官效果。
所述的共軛成像系統(tǒng)可以是由分光鏡、梯形等腰棱鏡、屋脊棱鏡、潛望棱鏡或者等腰直角棱鏡、潛望棱鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，也可以是由CCD攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。其中，由分光鏡、梯形等腰棱鏡、屋脊棱鏡和潛望棱鏡組成的垂直轉(zhuǎn)像移像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的垂直方向共軛延拓，由等腰直角棱鏡、潛望棱鏡組成的水平轉(zhuǎn)像移像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的水平方向共軛延拓。
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)，由于共軛延拓圖像的傅立葉變換為實(shí)值函數(shù)，將該實(shí)值函數(shù)作為全息圖包含了目標(biāo)物的所有信息，避免了僅將幅值或者僅將相位作為全息圖的信息損失，全息圖的再現(xiàn)質(zhì)量更高，通過(guò)單次傅立葉變換計(jì)算全息圖，避免了普通全息圖計(jì)算方法中多次傅立葉變換的時(shí)間損耗，提高了全息圖的計(jì)算效率。其中，采用傅里葉變換透鏡的光計(jì)算方法更極大地提高了全息圖的計(jì)算速度，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物的實(shí)時(shí)投影再現(xiàn)，首先可以通過(guò)三維制圖軟件或設(shè)備掃描詳細(xì)完整的模擬近乎真實(shí)的完整人體模型，同時(shí)可以針對(duì)不同病例的不同病變部位進(jìn)行特殊建模，即可以使醫(yī)學(xué)院學(xué)員進(jìn)行各種類(lèi)型的真實(shí)臨床手術(shù)練習(xí)，也可以使醫(yī)院醫(yī)生進(jìn)行各種針對(duì)性的專(zhuān)業(yè)手術(shù)練習(xí)，增加臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn) ；其次針對(duì)一些特殊病人或成功率較低的復(fù)雜手術(shù)，該系統(tǒng)可以針對(duì)患者進(jìn)行針對(duì)性建模，醫(yī)生通過(guò)該發(fā)明系統(tǒng)提前進(jìn)行手術(shù)預(yù)演，可以提前發(fā)現(xiàn)真實(shí)手術(shù)時(shí)的疑點(diǎn)難點(diǎn)，熟練手術(shù)流程及注意事項(xiàng)，大大增加針對(duì)病人的真實(shí)手術(shù)的成功率，減少醫(yī)療事故的發(fā)生。
最后應(yīng)說(shuō)明的是 ：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制 ；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解 ：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換 ；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。