一種牙齒矯正手術訓練系統及訓練方法與流程

2023-12-04 22:30:16

本發明涉及虛擬實境技術領域，具體涉及一種牙齒矯正手術訓練系統及訓練方法。

背景技術：

口腔醫學教學是旨在強調提高學生操作能力的實驗教學，它有助於學生將醫學理論知識轉化為實際操作能力，在口腔醫學的理論和實習教學中起到關鍵的過渡作用。現階段我國國內的醫療環境日趨嚴峻、能夠提供給我們進行教學和研究的實習資源不斷減少，能將理論知識進行高效轉化的實驗教學成為醫學教育領域進行醫學實踐教育的主要途徑，實驗教學能夠在一定程度上減輕實習教學的壓力，並能夠在短時間內提高學生的時間操作技能、為避免在實習臨床工作中產生不必要的醫患矛盾等方面都有著十分積極的意義。

然而，現階段我國國內口腔醫學教學機構，多數缺乏完整系統的現代化教學手段，當前實驗教學中多通過口述或者視頻來講課，學生無法切身體會實驗效果。同時，即使有條件讓學生實際操作進行手術訓練，由於對學生的實際操作進行測評的評價方式為教師目測的主觀方式，教師同一時間能夠指導的學生數量十分有限，教學效率將大打折扣。

因此，需要一種能夠高度逼真地模擬出現實中牙齒矯正手術又便於學生使用的教學系統。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種牙齒矯正手術訓練系統及訓練方法，能夠高度逼真地模擬出現實中牙齒矯正手術又便於用戶學習，大大的節約了教學資源，提高了學習效率。

為達到以上目的，本發明採取的技術方案是一種牙齒矯正手術訓練系統，包括：

模型創建模塊，其用於在3dstudiomax和unity3d平臺中根據牙齒矯正手術的實際場景創建三維虛擬手術環境模型；根據牙齒矯正手術需使用的實際手術工具創建三維虛擬手術工具模型；根據牙齒矯正手術的訓練方案創建三維虛擬牙齒模型及與每個手術操作分別對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；

操作按鈕模塊，其用於在unity3d交互界面中根據牙齒矯正手術的訓練方案顯示操作按鈕，並在滑鼠點擊操作按鈕後觸發該操作按鈕對應的手術步驟的訓練；

手術工具顯示模塊，其用於在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術工具模型對應的手術工具圖標，並在手術工具圖標被滑鼠點擊時，使手術工具圖標對應的三維虛擬手術工具模型顯示出來，再在滑鼠點擊其他手術工具圖標時或該三維虛擬手術工具模型使用完後，使該三維虛擬手術工具模型消隱；

模型移動模塊，其用於控制三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術工具模型跟隨滑鼠移動；

碰撞感應模塊，其用於在unity3d交互界面中檢測滑鼠點擊發射的射線是否碰撞到手術工具圖標或三維虛擬牙齒模型；

手術效果顯示模塊，其用於在檢測到滑鼠點擊發射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時，觸發對應的手術操作；並顯示當前手術操作對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；

提示顯示模塊，其用於在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術的具體操作流程，在滑鼠點擊手術工具圖標時顯示當前操作提示，或在牙齒矯正手術的訓練方案的全部步驟均完成時訓練結果提示。

在上述技術方案的基礎上，所述牙齒矯正手術訓練系統還包括視角轉換模塊，其用於使在unity3d交互界面中的攝像機視角跟隨滑鼠轉動而轉換。

在上述技術方案的基礎上，所述牙齒矯正手術訓練系統還包括效果渲染模塊，其用於對三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術工具模型進行特效渲染，所述特效渲染包括高光或高亮。

在上述技術方案的基礎上，所述三維虛擬手術工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。

在上述技術方案的基礎上，所述手術操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

本發明還公開了一種採用所述的一種牙齒矯正手術訓練系統的牙齒矯正手術訓練方法，包括以下步驟：

s1，使用模型創建模塊在3dstudiomax和unity3d平臺中根據牙齒矯正手術的實際場景創建三維虛擬手術環境模型；根據牙齒矯正手術需使用的實際手術工具創建三維虛擬手術工具模型；根據牙齒矯正手術的訓練方案創建三維虛擬牙齒模型及與每個手術操作分別對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；

s2，使用手術工具顯示模塊在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術工具模型對應的手術工具圖標；

s3，使用提示顯示模塊在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術的具體操作流程；

s4，使用操作按鈕模塊在unity3d交互界面中根據牙齒矯正手術的訓練方案顯示當前步驟對應的操作按鈕，並在滑鼠點擊操作按鈕後觸發該操作按鈕對應的手術步驟的訓練；

s5，使用碰撞感應模塊在unity3d交互界面中檢測滑鼠點擊發射的射線是否碰撞到手術工具圖標；檢測到手術工具圖標被滑鼠點擊時，使用手術工具顯示模塊使被滑鼠點擊的手術工具圖標對應的三維虛擬手術工具模型顯示出來；在滑鼠點擊其他手術工具圖標時使該三維虛擬手術工具模型消隱；

s6，使用模型移動模塊使三維虛擬手術工具模型跟隨滑鼠點擊發射的射線移動；使用碰撞感應模塊在unity3d交互界面中檢測到滑鼠點擊發射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時，觸發相應的手術操作；

s7，使用手術效果顯示模塊在unity3d交互界面中顯示當前手術操作對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；使用手術工具顯示模塊在該三維虛擬手術工具模型使用完後，使該三維虛擬手術工具模型消隱；

s8，當前操作按鈕對應的手術操作的手術操作全部完成時，判斷牙齒矯正手術的訓練方案的全部步驟是否全部完成，若否，進入步驟s9；若是，進入步驟s10；

s9，使用操作按鈕模塊根據牙齒矯正手術的訓練方案顯示下一步對應的操作按鈕，並在滑鼠點擊操作按鈕後觸發該操作按鈕對應的手術步驟的訓練；返回步驟s5；

s10，使用提示顯示模塊向用戶展示訓練結果提示，結束。

在上述技術方案的基礎上，步驟s6中若觸發的當前手術操作是拔牙，使用模型移動模塊三維虛擬牙齒模型跟隨滑鼠移動。

在上述技術方案的基礎上，在滑鼠點擊手術工具圖標時，使用操作提示模塊顯示當前操作提示。

在上述技術方案的基礎上，三維虛擬手術工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。

在上述技術方案的基礎上，所述手術操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

本發明在3dstudiomax和unity3d平臺中使用模型創建模塊創建三維虛擬手術室和患者模型、三維虛擬手術工具模型和三維虛擬牙齒模型，使用操作按鈕模塊，手術工具顯示模塊，模型移動模塊，碰撞感應模塊，手術效果顯示模塊和提示顯示模塊按照牙齒矯正手術的訓練方案實現虛擬手術訓練，伴隨用戶的每一項操作，三維虛擬手術工具模型和三維虛擬牙齒模型會發生相應的移動或變化。本發明能夠高度逼真地模擬出現實中牙齒矯正手術，同時該牙齒矯正手術訓練系統可在本地計算機上使用也可以兼容web平臺，通過掛載到學校的教務系統，用戶只需登陸學校的在線學習網站即可開展學習，方便用戶不受時間和地點的約束，只需一臺電腦，通過滑鼠就可以進行實踐操作和學習，大大的節約了教學資源，提高了學習效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例中牙齒矯正手術訓練系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例中牙齒矯正手術訓練方法的流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。

參見圖1所示，本發明實施例提供一種牙齒矯正手術訓練系統，包括：模型創建模塊，其用於在3dstudiomax和unity3d平臺中根據牙齒矯正手術的實際場景創建三維虛擬手術環境模型；根據牙齒矯正手術需使用的實際手術工具創建三維虛擬手術工具模型；根據牙齒矯正手術的訓練方案創建三維虛擬牙齒模型及與每個手術操作分別對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；

操作按鈕模塊，其用於在unity3d交互界面中根據牙齒矯正手術的訓練方案顯示操作按鈕，並在滑鼠點擊操作按鈕後觸發該操作按鈕對應的手術步驟的訓練；

手術工具圖標模塊，其用於在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術工具模型對應的手術工具圖標，並在手術工具圖標被滑鼠點擊時，使手術工具圖標對應的三維虛擬手術工具模型顯示出來，再在滑鼠點擊其他手術工具圖標時或該三維虛擬手術工具模型使用完後，使該三維虛擬手術工具模型消隱；

模型移動模塊，其用於控制三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術工具模型跟隨滑鼠移動；

碰撞感應模塊，其用於在unity3d交互界面中檢測滑鼠點擊發射的射線是否碰撞到手術工具圖標或三維虛擬牙齒模型；每一個手術工具圖標或三維虛擬牙齒模型都必須加一個boxcollider的碰撞器，然後滑鼠點擊發射射線才能選中對應的手術工具。

手術效果顯示模塊，其用於在檢測到滑鼠點擊發射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時，觸發對應的手術操作；並顯示當前手術操作對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；

提示顯示模塊，其用於在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術的具體操作流程，在滑鼠點擊手術工具圖標時顯示當前操作提示，或在牙齒矯正手術的訓練方案的全部步驟均完成時訓練結果提示。如採用文字框動態顯示牙齒矯正手術的具體操作流程，添加上一張和下一張的button控制項，用戶通過滑鼠點擊來控制顯示的章節數；添加scrollbar滑動條組件，用戶通過滑鼠拖動滑動條來控制顯示內容。這樣大大增強了學習的趣味性及操作性，讓學習變得更加有趣，才能讓學習效率得到提高。

所述牙齒矯正手術訓練系統還包括視角轉換模塊，其用於使在unity3d交互界面中的攝像機視角跟隨滑鼠移動而轉換。當點中滑鼠滾輪在屏幕上移動時，攝像機會進行平行移動，則屏幕視圖可以進行上下，左右移動；當控制滑鼠在屏幕上滑動滾輪時，攝像機會拉近、拉遠，則屏幕視圖可以進行放大、縮小，從第一視角出發給人一種身在其中的感覺。

所述牙齒矯正手術訓練系統還包括效果渲染模塊，其用於對三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術工具模型進行特效渲染，所述特效渲染包括高光或高亮。如要讓某個模型產生高亮或者閃爍效果，需要給模型添加highlighter腳本，再給攝像機添加highlightingrenderer腳本，然後給其添加physicsraycaster組件，顏色變換、閃爍時間等都可以設置，只需要調用highlighter腳本裡對應的的函數即可。

三維虛擬手術工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。所述手術操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

牙齒矯正手術的訓練方案的全部步驟均完成時提示顯示模塊顯示訓練結果提示：若拔錯了牙齒，顯示治療失敗，需要重新操作；若拔對了牙齒，顯示治療成功；若不拔牙矯正失敗了，需要重新操作；幫助用戶學習到正確的治療過程。

本系統可在加載安裝webplayer插件後，在網際網路上發布為web版本，通過掛載到學校的教務系統，用戶只需登陸學校的在線學習網站即可開展學習，方便用戶不受時間和地點的約束，只需一臺電腦，通過滑鼠就可以進行實踐操作和學習，大大的節約了教學資源，提高了學習效率。

本發明還公開了一種採用牙齒矯正手術訓練系統的牙齒矯正手術訓練方法，包括以下步驟：

s1，使用模型創建模塊在3dstudiomax和unity3d平臺中根據牙齒矯正手術的實際場景創建三維虛擬手術環境模型；根據牙齒矯正手術需使用的實際手術工具創建三維虛擬手術工具模型；根據牙齒矯正手術的訓練方案創建三維虛擬牙齒模型及與每個手術操作分別對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；

s2，使用手術工具顯示模塊在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術工具模型對應的手術工具圖標；

s3，使用提示顯示模塊在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術的具體操作流程；

s4，使用操作按鈕模塊在unity3d交互界面中根據牙齒矯正手術的訓練方案顯示當前步驟對應的操作按鈕，並在滑鼠點擊操作按鈕後觸發該操作按鈕對應的手術步驟的訓練；

s5，使用碰撞感應模塊在unity3d交互界面中檢測滑鼠點擊發射的射線是否碰撞到手術工具圖標；檢測到手術工具圖標被滑鼠點擊時，使用手術工具顯示模塊使被滑鼠點擊的手術工具圖標對應的三維虛擬手術工具模型顯示出來；在滑鼠點擊其他手術工具圖標時使該三維虛擬手術工具模型消隱；

s6，使用模型移動模塊使三維虛擬手術工具模型跟隨滑鼠點擊發射的射線移動；使用碰撞感應模塊在unity3d交互界面中檢測到滑鼠點擊發射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時，觸發相應的手術操作；

s7，使用手術效果顯示模塊在unity3d交互界面中顯示當前手術操作對應的三維虛擬牙齒模型的變化狀態；使用手術工具顯示模塊在該三維虛擬手術工具模型使用完後，使該三維虛擬手術工具模型消隱；

s8，當前操作按鈕對應的手術操作的手術操作全部完成時，判斷牙齒矯正手術的訓練方案的全部步驟是否全部完成，若否，進入步驟s9；若是，進入步驟s10；

s9，使用操作按鈕模塊根據牙齒矯正手術的訓練方案顯示下一步對應的操作按鈕，並在滑鼠點擊操作按鈕後觸發該操作按鈕對應的手術步驟的訓練；返回步驟s5；

s10，使用提示顯示模塊向用戶展示訓練結果提示，結束。

步驟s6中若觸發的當前手術操作是拔牙，使用模型移動模塊三維虛擬牙齒模型跟隨滑鼠點擊發射的射線移動。

在滑鼠點擊手術工具圖標時，使用操作提示模塊顯示當前操作提示。

三維虛擬手術工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。

所述手術操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

本發明不局限於上述實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。