一種基於共軛成像的全息投影模擬手術系統的製作方法
2023-10-24 00:02:22
本發明涉及全息投影技術領域，尤其涉及一種基於共軛成像的全息投影模擬手術系統。
背景技術：
醫療事業與人們的生活息息相關，而且幾乎所有人在一生當中或多或少的會進行各種各樣的手術治療，眾多由於手術經驗少而造成手術水平不高的醫生，不僅造成了很多無法挽回的人為失誤，更是促使了現在公共醫療發展不平衡 ：一些醫院床位緊張，一些醫院無人問津的現象發生。 手術經驗是制約一名醫生手術水平高低的關鍵因素，一名醫生在學習時只能通過人體模型了解基本的內部結構，通過解剖法律允許醫學院使用的屍體來熟悉臨床手術流程，這種學習方法只能使學員了解理論知識及基礎的切、縫等技能，無法加強學員針對真人的臨床手術經驗，特別是針對不同病例的不同手術 ；學員畢業成為醫生後，工作時間越久，臨床手術做的數量越多，醫生的手術水平就會越高，這只能靠時間及大量病人的積累才能獲得，然而現在大多數病人都不傾向於選擇沒有臨床手術經驗或經驗少的醫生，從而使得臨床手術經驗少的醫生做手術的機會越來越少，臨床手術經驗豐富的醫生手術越來越多，甚至於病人過多安排不開，造成一些病人病情的延誤如此惡性循環。
隨著雷射技術和全息技術的快速發展，全息顯示已經深入到社會生活的各個領域。全息投影系統利用雷射照射全息圖，獲得目標的真實再現。相對於傳統的單一像素到單一像素的投影系統，全息雷射投影利用全息圖上所有像素對再現面上的每一個點進行再現，其再現圖像色彩鮮豔、對比度高，並且具有信息冗餘、容錯性能力強等諸多優點。全息投影技術能夠廣泛應用於舞臺、影院、廣告、博覽會、醫院等公共場合，可替代任何現有的顯示設備，具有非常強的感染力和獨特效果，商業潛力巨大。
總的來說，目前技術中提出的對全息投影的互動，一般是基於界面整體的控制，如開機、關機、更換圖像等操作，而不能根據投影的內容對展示的三維信息進行操控，目前的全息投影展示，當參觀者需要觀察同一物體的不同角度的圖像時，需要移動到不同角度去觀察，而不是通過與系統進行互動來實現不同角度的觀察，展示形式單一，友好性差，而且由於觀察角度的問題，參觀者無法觀察到投影圖像所有角度的情況，從而無法全面的進行觀察，無法達到與全息投影系統進行互動的目的。
技術實現要素：
本發明提供了一種基於共軛成像的全息投影模擬手術系統，包括工作平臺、平臺支撐箱、底座、接口，還包括目標物，共軛成像系統，共軛延拓圖像，傅立葉變換透鏡，CCD攝像機，數字全息圖，計算機，雷射光源，準直系統，空間光調製器，投影屏幕，所述工作平臺包括全息投影燈陣列、噴氣孔陣列、壓力傳感器陣列、進氣孔、噴氣控制箱 ；所述平臺支撐箱包括外圍支撐臂和控制電子元件組，平臺支撐箱為中空設計，其中外圍支撐臂起到支撐工作平臺的作用，內部中空部分安放控制電子元件組，減小了系統體積 ；所述接口包括數據接口及電源接口，兩接口區域設有保護蓋，系統工作時打開保護蓋連接數據線與電源線，放置時關閉保護蓋保護接口，其中，由傅立葉變換透鏡、CCD攝像機和計算機構成全息圖獲取系統，由雷射光源、準直系統、空間光調製器和投影屏幕構成數字全息圖的投影再現系統。
所述噴氣孔陣列設計成同時集成與噴氣孔一一對應的壓力傳感器陣列，模擬手術進行時，例如手術刀下刀等動作通過壓力傳感器陣列反饋給系統的控置電子元件組，控制電子元件組進行分析運算後，通過噴氣控制箱時時更新相應噴氣孔的噴氣能量大小，同時通過控制全息投影燈陣列時時更新全息投影的立體圖像，由此達到與真實個體手術一樣的感官效果。
所述的共軛成像系統可以是由分光鏡、梯形等腰稜鏡、屋脊稜鏡、潛望稜鏡或者等腰直角稜鏡、潛望稜鏡構成的光學系統，也可以是由CCD攝像機與計算機構成的數字圖像處理系統。其中，由分光鏡、梯形等腰稜鏡、屋脊稜鏡和潛望稜鏡組成的垂直轉像移像系統實現對目標物的垂直方向共軛延拓，由等腰直角稜鏡、潛望稜鏡組成的水平轉像移像系統實現對目標物的水平方向共軛延拓。
本發明總的來說，由於共軛延拓圖像的傅立葉變換為實值函數，將該實值函數作為全息圖包含了目標物的所有信息，避免了僅將幅值或者僅將相位作為全息圖的信息損失，全息圖的再現質量更高，通過單次傅立葉變換計算全息圖，避免了普通全息圖計算方法中多次傅立葉變換的時間損耗，提高了全息圖的計算效率。其中，採用傅立葉變換透鏡的光計算方法更極大地提高了全息圖的計算速度，實現了目標物的實時投影再現，首先可以通過三維製圖軟體或設備掃描詳細完整的模擬近乎真實的完整人體模型，同時可以針對不同病例的不同病變部位進行特殊建模，即可以使醫學院學員進行各種類型的真實臨床手術練習，也可以使醫院醫生進行各種針對性的專業手術練習，增加臨床手術經驗 ；其次針對一些特殊病人或成功率較低的複雜手術，該系統可以針對患者進行針對性建模，醫生通過該發明系統提前進行手術預演，可以提前發現真實手術時的疑點難點，熟練手術流程及注意事項，大大增加針對病人的真實手術的成功率，減少醫療事故的發生。
具體實施方式
下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明提供了一種基於共軛成像的全息投影模擬手術系統，包括工作平臺、平臺支撐箱、底座、接口，還包括目標物，共軛成像系統，共軛延拓圖像，傅立葉變換透鏡，CCD攝像機，數字全息圖，計算機，雷射光源，準直系統，空間光調製器，投影屏幕，所述工作平臺包括全息投影燈陣列、噴氣孔陣列、壓力傳感器陣列、進氣孔、噴氣控制箱 ；所述平臺支撐箱包括外圍支撐臂和控制電子元件組，平臺支撐箱為中空設計，其中外圍支撐臂起到支撐工作平臺的作用，內部中空部分安放控制電子元件組，減小了系統體積 ；所述接口包括數據接口及電源接口，兩接口區域設有保護蓋，系統工作時打開保護蓋連接數據線與電源線，放置時關閉保護蓋保護接口，其中，由傅立葉變換透鏡、CCD攝像機和計算機構成全息圖獲取系統，由雷射光源、準直系統、空間光調製器和投影屏幕構成數字全息圖的投影再現系統。
所述噴氣孔陣列設計成同時集成與噴氣孔一一對應的壓力傳感器陣列，模擬手術進行時，例如手術刀下刀等動作通過壓力傳感器陣列反饋給系統的控置電子元件組，控制電子元件組進行分析運算後，通過噴氣控制箱時時更新相應噴氣孔的噴氣能量大小，同時通過控制全息投影燈陣列時時更新全息投影的立體圖像，由此達到與真實個體手術一樣的感官效果。
所述的共軛成像系統可以是由分光鏡、梯形等腰稜鏡、屋脊稜鏡、潛望稜鏡或者等腰直角稜鏡、潛望稜鏡構成的光學系統，也可以是由CCD攝像機與計算機構成的數字圖像處理系統。其中，由分光鏡、梯形等腰稜鏡、屋脊稜鏡和潛望稜鏡組成的垂直轉像移像系統實現對目標物的垂直方向共軛延拓，由等腰直角稜鏡、潛望稜鏡組成的水平轉像移像系統實現對目標物的水平方向共軛延拓。
本發明總的來說，由於共軛延拓圖像的傅立葉變換為實值函數，將該實值函數作為全息圖包含了目標物的所有信息，避免了僅將幅值或者僅將相位作為全息圖的信息損失，全息圖的再現質量更高，通過單次傅立葉變換計算全息圖，避免了普通全息圖計算方法中多次傅立葉變換的時間損耗，提高了全息圖的計算效率。其中，採用傅立葉變換透鏡的光計算方法更極大地提高了全息圖的計算速度，實現了目標物的實時投影再現，首先可以通過三維製圖軟體或設備掃描詳細完整的模擬近乎真實的完整人體模型，同時可以針對不同病例的不同病變部位進行特殊建模，即可以使醫學院學員進行各種類型的真實臨床手術練習，也可以使醫院醫生進行各種針對性的專業手術練習，增加臨床手術經驗 ；其次針對一些特殊病人或成功率較低的複雜手術，該系統可以針對患者進行針對性建模，醫生通過該發明系統提前進行手術預演，可以提前發現真實手術時的疑點難點，熟練手術流程及注意事項，大大增加針對病人的真實手術的成功率，減少醫療事故的發生。
最後應說明的是 ：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制 ；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解 ：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換 ；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。