本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種用于醫(yī)療回旋加速器的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

惡性腫瘤是人類健康的最大敵人，近年來，惡性腫瘤呈現(xiàn)不斷上升趨勢。科研工作者們利用帶正電荷的粒子——質(zhì)子產(chǎn)生Bragg峰(布拉格峰)將癌細(xì)胞殺死的特點，研制出了質(zhì)子治療設(shè)備，被高能物理界和醫(yī)學(xué)界評估為療效最好、副作用最少的治療方法。

醫(yī)療回旋加速器就是產(chǎn)生質(zhì)子并用于惡性腫瘤治療的裝置之一。醫(yī)療回旋加速器本身就是個精密的設(shè)備，并且包括真空、低溫、電源、輸運(yùn)等眾多分系統(tǒng)，出于對裝置的復(fù)雜性及安全性的考慮，該裝置并不易于接近，只有專業(yè)人員才能進(jìn)入裝置內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)，因此對于普通大眾，只能通過一些分散的裝置圖片或文字信息來了解裝置的構(gòu)造或內(nèi)部結(jié)構(gòu)等信息

在醫(yī)療回旋加速器運(yùn)行期間，會產(chǎn)生大量的實時工程診斷信息和束流測量信息等。為了直觀的顯示醫(yī)療回旋加速器裝置結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)醫(yī)療裝置內(nèi)外部特征及運(yùn)行相關(guān)信息，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬治療運(yùn)行場景對回旋加速器的正常出束，對質(zhì)子束流輸運(yùn)的性能優(yōu)化，以及質(zhì)子治療的推廣具有重要的研究意義，同時也為該裝置在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的參考價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，提供一種用于醫(yī)療回旋加速器的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，具體通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于醫(yī)療回旋加速器的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和客戶端模塊；

數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行過程中實時采集系統(tǒng)各部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過發(fā)布訂閱方式發(fā)布實時數(shù)據(jù)信息；

數(shù)據(jù)管理模塊，根據(jù)權(quán)限要求負(fù)責(zé)管理所有部件三維模型和部件狀態(tài)監(jiān)測點的信息；

客戶端模塊，根據(jù)用戶的要求，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中可視化各部件，并能夠動畫實現(xiàn)部件安裝過程；另一方面，通過數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊實時獲取各部件所有測量點的狀態(tài)數(shù)據(jù)，在三維可視化模型中進(jìn)行實時顯示，并根據(jù)各測量點報警閾值進(jìn)行可視化報警。

所述數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊包括：

一數(shù)據(jù)采集單元，根據(jù)系統(tǒng)的配置信息收集子系統(tǒng)實時發(fā)送的狀態(tài)數(shù)據(jù)，該狀態(tài)數(shù)據(jù)通過實驗物理與工業(yè)控制系統(tǒng)中的通道訪問協(xié)議進(jìn)行傳輸；

一數(shù)據(jù)存儲單元，接收數(shù)據(jù)采集單元收集到的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、并根據(jù)實時狀態(tài)數(shù)據(jù)的信息類別存儲至數(shù)據(jù)庫中；

一數(shù)據(jù)發(fā)布單元，根據(jù)客戶端模塊的訂閱要求，調(diào)取數(shù)據(jù)采集單元各部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)實時發(fā)送到客戶端，并在客戶端模塊界面顯示。

所述子系統(tǒng)為分布在各部件監(jiān)測測量點上的傳感器，數(shù)據(jù)采集單元實時收集的狀態(tài)數(shù)據(jù)包含各部件測量點的信號名稱、信號實時數(shù)據(jù)、信號報警信息以及時間戳信息，數(shù)據(jù)采集單元支持多測量點同時監(jiān)控；

數(shù)據(jù)存儲單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元收集的測量點的信號名稱分類存儲到NoSQL數(shù)據(jù)庫,存儲采用內(nèi)存緩沖方式。

所述數(shù)據(jù)管理模塊包括：

一系統(tǒng)配置單元，負(fù)責(zé)對系統(tǒng)各部件監(jiān)測點的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及數(shù)據(jù)發(fā)布單元的信息進(jìn)行配置；

一模型數(shù)據(jù)管理單元，負(fù)責(zé)對系統(tǒng)中所涉及的三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行增加、刪除、修改和查看，同時對于模型的管理提供多種格式模型的下載、上傳和在線顯示；

一權(quán)限管理單元，用于對模型數(shù)據(jù)管理單元以及系統(tǒng)配置單元管理系統(tǒng)的用戶信息進(jìn)行管理的功能，管理員根據(jù)用戶的角色分配不同的權(quán)限，不同權(quán)限等級的用戶登錄后會激活或隱藏相應(yīng)功能菜單，權(quán)限等級越高的用戶擁有的功能模塊越多。

所述數(shù)據(jù)管理模塊基于Web技術(shù)，其管理的模型數(shù)據(jù)文件類型包括三維模型文件、TXT格式文件、VTK文件以及圖形文件。

所述系統(tǒng)配置單元配置的信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，確認(rèn)提交后的系統(tǒng)配置信息將對數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及數(shù)據(jù)發(fā)布單元進(jìn)行重新配置。

各部件監(jiān)測點的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息包括信號名稱、信號類型、傳感器坐標(biāo)信息、測量周期幅值范圍、報警閾值、掃描周期。

客戶端模塊包括：

一裝配動畫單元，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)管理模塊的模型信息，用動畫形式在虛擬環(huán)境中演示醫(yī)療回旋加速器各部件的裝配過程；

一運(yùn)行數(shù)據(jù)單元，負(fù)責(zé)實時接收數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊的數(shù)據(jù)，發(fā)布實時狀態(tài)數(shù)據(jù)；

一模型顯示單元，負(fù)責(zé)用戶查看系統(tǒng)狀態(tài)信息，通過發(fā)送監(jiān)控測量儀器和位置信息，向數(shù)據(jù)采集和發(fā)布模塊訂閱相應(yīng)測量點實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，將實時接收的狀態(tài)數(shù)據(jù)在3D可視化模型相應(yīng)位置顯示，并根據(jù)信號報警閾值動態(tài)現(xiàn)實報警狀態(tài)，實時提醒用戶；

一交互單元，與模型顯示單元交換狀態(tài)信息，并負(fù)責(zé)用戶在一定要求下虛擬手動安裝回旋加速器各部件。

客戶端模塊中包括有一顯示虛擬場景區(qū)，負(fù)責(zé)查看用戶已擁有模型或根據(jù)用戶需求加載虛擬醫(yī)療回旋加速器，查看裝置模型信息。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明能夠使用戶在身臨其境的情況下游走查看系統(tǒng)各部件，了解各部件的結(jié)構(gòu)信息，同時通過交互模式可實際操作各部件，了解系統(tǒng)的安裝過程，提高了用戶對回旋加速器的了解進(jìn)度，加深了用戶的了解程度。

(2)本發(fā)明能夠在實際運(yùn)行情況下，將所有部件的實時狀態(tài)在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)各部件的三維模型中進(jìn)行實現(xiàn)，并能對部件所要求的運(yùn)行條件進(jìn)行可視化報警顯示，使用戶對運(yùn)行狀態(tài)可以直觀的進(jìn)行監(jiān)控，使整個系統(tǒng)運(yùn)行的信息反饋更加完整，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

(3)本發(fā)明通過讓用戶對系統(tǒng)了解，以及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，對系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行分析，對后續(xù)工作具有數(shù)據(jù)收集、分析的作用，對系統(tǒng)后期改進(jìn)能夠提供優(yōu)化意見。

(4)本發(fā)明基于Web技術(shù)，Web技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)免去了開發(fā)網(wǎng)頁專用渲染插件的麻煩，通過HTML腳本本身實現(xiàn)Web交互式三維動畫的制作，無需任何瀏覽器插件支持，因此用戶僅需要在聯(lián)網(wǎng)的情況下打開瀏覽器頁面即可進(jìn)入虛擬場景進(jìn)行漫游，可以同時支持PC端和移動客戶端。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的連接示意圖。

具體實施方式

參見圖1，一種用于醫(yī)療回旋加速器的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和客戶端模塊；

數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行過程中實時采集系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)與各部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對應(yīng)存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過發(fā)布訂閱方式發(fā)布實時數(shù)據(jù)信息；所述數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊包括：

一數(shù)據(jù)采集單元，根據(jù)系統(tǒng)的配置信息收集子系統(tǒng)實時發(fā)送的狀態(tài)數(shù)據(jù)，該狀態(tài)數(shù)據(jù)通過實驗物理與工業(yè)控制系統(tǒng)中的通道訪問協(xié)議進(jìn)行傳輸；所述子系統(tǒng)為分布在各部件監(jiān)測測量點上的傳感器，數(shù)據(jù)采集單元實時收集的狀態(tài)數(shù)據(jù)包含各部件測量點的信號名稱、信號實時數(shù)據(jù)、信號報警信息以及時間戳信息，數(shù)據(jù)采集單元支持多測量點同時監(jiān)控；

一數(shù)據(jù)存儲單元，接收數(shù)據(jù)采集單元收集到的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、并根據(jù)實時狀態(tài)數(shù)據(jù)的信息類別存儲至數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)存儲單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元收集的測量點的信號名稱分類存儲到NoSQL數(shù)據(jù)庫,存儲采用內(nèi)存緩沖方式；

一數(shù)據(jù)發(fā)布單元，采用Java消息服務(wù)技術(shù)，根據(jù)客戶端模塊的訂閱要求，調(diào)取數(shù)據(jù)采集單元各部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)實時發(fā)送到客戶端，并在客戶端模塊界面顯示。

數(shù)據(jù)管理模塊，基于Web技術(shù)，根據(jù)權(quán)限要求負(fù)責(zé)管理所有部件三維模型和部件狀態(tài)監(jiān)測點的信息，其管理的模型數(shù)據(jù)文件類型包括三維模型文件、TXT格式文件、VTK文件以及圖形文件，三維模型文件格式包括STL，WRL，PLY，OBJ等格式；所述數(shù)據(jù)管理模塊包括：

一系統(tǒng)配置單元，負(fù)責(zé)對系統(tǒng)各部件監(jiān)測點的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及數(shù)據(jù)發(fā)布單元的信息進(jìn)行配置；所述系統(tǒng)配置單元配置的信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，確認(rèn)提交后的系統(tǒng)配置信息將對數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及數(shù)據(jù)發(fā)布單元進(jìn)行重新配置，各部件監(jiān)測點的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息包括信號名稱、信號類型、傳感器坐標(biāo)信息、測量周期幅值范圍、報警閾值、掃描周期；

一模型數(shù)據(jù)管理單元，負(fù)責(zé)對系統(tǒng)中所涉及的三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行增加、刪除、修改和查看，同時對于模型的管理提供多種格式模型的下載、上傳和在線顯示；

一權(quán)限管理單元，用于對模型數(shù)據(jù)管理單元以及系統(tǒng)配置單元管理系統(tǒng)的用戶信息進(jìn)行管理的功能，管理員根據(jù)用戶的角色分配不同的權(quán)限，不同權(quán)限等級的用戶登錄后會激活或隱藏相應(yīng)功能菜單，權(quán)限等級越高的用戶擁有的功能模塊越多。

客戶端模塊，根據(jù)用戶的要求，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中可視化各部件，并能夠動畫實現(xiàn)部件安裝過程；另一方面，通過數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊實時獲取各部件所有測量點的狀態(tài)數(shù)據(jù)，在三維可視化模型中進(jìn)行實時顯示，并根據(jù)各測量點報警閾值進(jìn)行可視化報警?？蛻舳四K包括：

一裝配動畫單元，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)管理模塊的模型信息，用動畫形式在虛擬環(huán)境中演示醫(yī)療回旋加速器各部件的裝配過程；

一運(yùn)行數(shù)據(jù)單元，負(fù)責(zé)實時接收數(shù)據(jù)采集發(fā)布模塊的數(shù)據(jù)，發(fā)布實時狀態(tài)數(shù)據(jù)；

一模型顯示單元，負(fù)責(zé)用戶查看系統(tǒng)狀態(tài)信息，通過發(fā)送監(jiān)控測量儀器和位置信息，向數(shù)據(jù)采集和發(fā)布模塊訂閱相應(yīng)測量點實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，將實時接收的狀態(tài)數(shù)據(jù)在3D可視化模型相應(yīng)位置顯示，并根據(jù)信號報警閾值動態(tài)現(xiàn)實報警狀態(tài)，實時提醒用戶；

一交互單元，與模型顯示單元交換狀態(tài)信息，并負(fù)責(zé)用戶在一定要求下虛擬手動安裝回旋加速器各部件；

客戶端模塊中包括有一顯示虛擬場景區(qū)，負(fù)責(zé)查看用戶已擁有模型或根據(jù)用戶需求加載虛擬醫(yī)療回旋加速器，查看裝置模型信息。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方式，數(shù)據(jù)服務(wù)器選用具有云存儲功能和分布式結(jié)構(gòu)的服務(wù)器體系；應(yīng)用程序服務(wù)器同時支持Windows、Unix、Linux、iOS、Android等主流桌面操作系統(tǒng)和移動終端操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選用MySql等具有面向?qū)ο蠊δ艿臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集傳輸協(xié)議采用加速器領(lǐng)域?qū)嶒炍锢砼c工業(yè)控制系統(tǒng)(EPICS)中的通道訪問協(xié)議(Channel Access)接口協(xié)議，數(shù)據(jù)發(fā)布采用JMS技術(shù)。