一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统

本发明涉及术后护理模拟，特别是一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统。

背景技术：

1、近年来，混合现实技术迅速发展，在多个领域取得了显著成果，混合现实技术将增强现实和虚拟现实结合，通过光学镜头捕捉真实世界的影像，并通过处理器进行图像处理与增强，再将优化后的影像以几乎无延迟的方式呈现出来，这种技术在医疗保健领域逐渐受到重视，尤其在眼科手术术后护理中，混合现实技术为用户和家属提供了一个安全、直观的模拟环境，以便更好地掌握护理技巧，降低术后并发症的发生率；

2、传统的眼部术后护理主要依赖于医护人员的指导和纸质或视频的教学资料，然而，这些方法存在显著的不足，视频教学虽然可以直观地展示护理步骤，但缺乏互动性，用户和家属难以通过实践来提高操作的熟练度，医护人员在临床中往往面临繁重的工作压力，难以提供充足的时间进行详细的术后护理指导，由于用户和家属缺乏专业知识，他们在实际护理中可能出现如睫毛刮擦眼球、眼膏封闭不全、缝线处血痂淤积等问题，这不仅影响术后恢复，还可能引发严重的并发症，如暴露性角膜炎。

技术实现思路

1、鉴于上述现有的一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于，现有的视频教学和纸质指导资料缺乏互动性，用户和家属难以通过这些方式有效掌握护理技巧，医护人员资源紧张，无法为每位用户和家属提供个性化的、详细的护理指导，用户和家属在护理过程中由于缺乏实践经验，容易出现操作失误，增加了术后并发症的风险。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统，其包括，

4、仿真护理平台模块，用于通过mr系统建立虚拟护理环境；

5、操作模拟模块，用于通过力反馈手柄和触觉反馈手套模拟真实护理操作的触感；

6、运动捕捉模块，用于捕捉用户在术后护理操作中的运动轨迹并对数据进行处理分析；

7、mr显示终端模块，用于将虚拟术后护理指导信息叠加到实际操作环境中并提供即时的操作指导和反馈。

8、作为本发明所述一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的一种优选方案，其中：所述mr系统指混合现实系统，通过集成硬件和软件将真实世界和虚拟世界融合，mr系统包括mr眼镜、触觉传感器、摄像头、软件平台、激光脉冲发射器和探测器；

9、利用触觉传感器收集触觉反馈数据，使用摄像头实时拍摄环境图像并进行预处理。

10、作为本发明所述一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的一种优选方案，其中：所述建立虚拟护理环境包括，根据术后护理流程设计虚拟内容，编写虚拟内容设计文档，包括每个护理任务的具体步骤、注意事项和虚拟交互要求，设计文档包括虚拟内容的视觉效果、动画流程和交互方式；

11、使用3d建模软件创建术后护理相关的3d模型，包括眼部结构、护理工具和环境，为每个护理任务制作对应的动画，展示正确操作步骤和手势；

12、优化3d模型的细节和纹理，调整动画的流畅度和真实性，将设计好的虚拟内容集成到mr系统软件平台上，收集用户体验和反馈并根据反馈对3d建模进行优化和调整；

13、用户通过mr眼镜中的虚拟界面选择术后护理情景，包括封眼护理、清洗伤口、滴眼药水和功能锻炼，通过选择术后护理情景类型，加载对应的虚拟护理场景，包括护理床、脸部模型和护理工具。

14、作为本发明所述一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的一种优选方案，其中：所述通过力反馈手柄和触觉反馈手套模拟真实护理操作的触感指利用力反馈手柄和触觉反馈手套提供触感反馈；

15、选择具有六自由度的力反馈手柄，六自由度包括三轴平移和三轴旋转，选择高精度无刷直流电机作为反馈手柄的驱动源，将力反馈数据通过高速串行总线传输至中央处理器；

16、选择多点触觉反馈手套，将压点致动器作为触觉反馈单元，在每个手指和手掌区域均配备触觉反馈单元，触觉反馈单元通过振动和压力反馈模拟触感，采用分布式控制系统对每个触觉反馈单元进行独立控制，分布式控制系统根据用户操作情况实时调整触觉反馈，将触觉反馈数据通过无线通信模块传输至中央处理器。

17、作为本发明所述一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的一种优选方案，其中：所述捕捉用户在术后护理操作中的运动轨迹指采用激光脉冲发射和探测技术捕捉用户在力反馈手柄和触觉反馈手套中的运动轨迹；

18、安装激光脉冲发射器将发射的激光覆盖整个操作区域，在力反馈手柄和触觉反馈手套上安装激光脉冲探测器；

19、定位激光脉冲信号，设置激光脉冲发射器发射频率分别是30hz、40hz和50hz，记录每个发射器发射脉冲信号的时间ti，使用激光脉冲探测器接收到来自发射器的激光脉冲信号，记录接收时间tr，根据发射和接收时间，计算激光脉冲信号传播时间t，公式为：

20、t＝tr-ti

21、其中，t代表激光脉冲信号传播时间，tr代表激光脉冲信号接收时间，ti代表每个发射器发射激光脉冲信号的时间；

22、利用光速c计算探测器到每个发射器的距离di，公式为：

23、di＝c·t

24、其中，di代表探测器到每个发射器的距离，c代表光速，t代表激光脉冲信号传播时间；

25、根据计算得出的距离数据得到探测器位置数据；

26、使用激光脉冲发射器和探测器，捕捉用户手部的运动轨迹，通过系统界面指导用户进行手部动作。

27、作为本发明所述一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的一种优选方案，其中：所述对数据进行处理分析指将计算得到的探测器位置数据传输至中央处理器，中央处理器接收数据后，进行运动轨迹的实时分析和处理，生成用户操作的实时反馈和指导信息；

28、将分析处理后的结果通过mr眼镜实时显示给用户，提供操作指导和纠正信息，系统持续追踪用户操作，实时更新位置数据。

29、作为本发明所述一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的一种优选方案，其中：所述使用摄像头实时拍摄环境图像并进行预处理包括，

30、用户在虚拟护理环境中进行眼部护理操作练习，利用高分辨率摄像头实时捕捉用户周围的环境图像；

31、对采集的环境图像进行预处理，包括去噪、增强对比度和色彩校正，将预处理完成的环境图像传输至mr眼镜进行图像增强，应用图像增强算法，公式为：

32、e＝β·r+γ

33、其中，e表示增强后的图像，r表示原始图像，β表示对比度调整系数，γ表示亮度调整值。

34、作为本发明所述一种基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的一种优选方案，其中：所述将虚拟术后护理指导信息叠加到实际操作环境中并提供即时的操作指导和反馈包括，

35、根据护理流程，生成对应的虚拟护理指导信息，使用透明度系数设置虚拟护理指导信息的透明度，公式为：

36、imr＝ireal+α·ivirtual

37、其中，imr表示混合现实图像，ireal表示真实世界图像，ivirtual表示虚拟图像，α为透明度系数；

38、将虚拟护理指导信息叠加到增强后的环境图像上进行融合，使用深度信息和空间定位技术，将虚拟内容中的物体与实际环境中的物体对齐。

39、一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的步骤。

40、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于混合现实的眼部术后护理模拟操作系统的步骤。

41、本发明有益效果为：本发明利用mr技术建立虚拟护理环境使用户在接近真实的环境中进行训练，采用力反馈手柄和触觉反馈手套，使用户能够获得真实的操作触感，运动捕捉模块捕捉用户操作轨迹用以改进操作技巧，通过实时采集和处理图像，将虚拟护理指导信息叠加到实际操作环境中，为用户提供即时指导和反馈。