基于计算机断层扫描的虚拟仿真软件设计和开发

摘要：文章重点阐述了计算机断层扫描设备和虚拟仿真软件的开发步骤并详细介绍了相关工作需要的材料如集成仿真软件、构建模型、布置计算机断层扫描室场景、设计界面等以有效优化图层从而提高软件设计效率

关键词：计算机断层扫描;虚拟仿真;软件开发

中图法分类号：TP311文献标识码：A

Design and development of virtual simulation software based oncomputed tomography

WU Yingping

（Guangzhou International Economics College，Guangzhou 510540，China）

Abstract：The article focuses on the development steps of computer tomography equipment and virtual simulation software， and describes in detail the materials required for related work， such as integrating simulation software，building models，arranging electronic computer tomography room scenes，designing interfaces，etc.， in order to effectively optimize the diagram. layer，thereby improving the efficiency of software design.

Key words：computed tomography， virtual simulation， software development

1  前言

計算机断层扫描是现代最受欢迎的技术之一，其应用范围较为广，能给医护人员提供具体的人体解剖示意图，让疾病诊断信息更加多样化，是目前最常用的疾病诊断和筛选方式。所以，掌握计算机断层扫描设备的使用方法是临床医学、影像学专业学生不可或缺的技能（图 1） 。但由于计算机断层扫描设备非常昂贵，导致很多实验室内只配备常用仪器，只有少部分学配备了计算机断层扫描设备。因此，很多学校将学生送往医院进行实习，以提高学生的实践经验。不过，虽然医院拥有一定数量的计算机断层扫描设备，但目前还无法做到“人手一台”，再加上每天需要做大量临床工作，给计算机断层扫描设备的使用带来了严重限制，导致学生无法全面掌握计算机断层扫描设备的检查方法和操作流程[1 ]。因此，这是目前高校急需解决的问题。而随着经济不断发展，计算机技术和虚拟仿真技术逐渐应用于教育行业，成为一种新型教学方式，能有效解除空间和时间上的限制，在一定程度上弥补了实验设备不足的缺陷。而若要充分发挥虚拟仿真技术的作用，必须根据实际教学情况来设计应用软件。为此，基于计算机断层扫描的虚拟仿真软件应运而生。本文重点阐述了计算机断层扫描设备和虚拟仿真软件的开发步骤，并详细介绍了工作需要的材料，以有效优化图层，从而提高软件设计效率[2 ]。

2  开发工具

在开发虚拟仿真软件的过程中，要加强对 Animate 工具的掌握，从而判断患者身体的详细情况，再基于患者各方面情况利用 Photoshop 工具制作仿真视频和图片，并在后期对声音和动画进行处理，帮助医护人员充分了解患者的具体情况，给予其最有效的治疗。同时，应确保应用开发工具的合理性，从而顺利制作基于计算机断层扫描的虚拟仿真软件[3 ]。

3  素材准备

素材收集是建设计算机断层扫描设备模型的核心环节，工作人员要利用专业的拍摄工具，全面拍摄断层扫描室的照片，如仪器角度照片、患者运动轨迹等，再利用计算机详细记录所有检查和操作过程，进而整合所有数据。目前，一些常见的资料可通过互联网进行下载，而部分特殊资料则可让工作人员前往实地进行拍摄和记录，从而确保资料的完整性和准确性，给基于计算机断层扫描的虚拟仿真模型的建立提供丰富的数据资源，确保模型建立工作顺利进行。

4  模型建立

在基于计算机断层扫描的虚拟仿真模型中，常见的有扫描床、计算机断层扫描仪、患者、监控器，通过网上下载、实地拍摄的素材都存在不同方面的问题，需要利用 Photoshop 软件进行精细化处理。用 Photoshop 软件打开图片素材库，再采用各种工具（如多边形套索工具、快速选择工具、磁性套索工具等）将其上传至新文档内。由于现场拍摄的仪器照片存在重叠现象，因此其完整性有待提升，须使用填充工具、仿制印章工具对其进行优化。同时，利用基于图层的色阶、曲线等工具调整照片的色彩和亮度，从而科学建立模型。此外，制作键盘、诊疗卡、窗户、计算机显示器等模型也十分重要[4]。

5  计算机断层扫描室场景设计

基于计算机断层扫描的虚拟仿真场所主要包括计算机断层扫描仪器室、计算机断层扫描控制室。在计算机断层扫描控制室中，通常配备三台普通计算机和一台竖屏计算机，可对计算机进行重新命名（计算机 1、计算机2、计算机3、计算机4），将4 台计算机根据现场环境合理摆放在桌面上，再根据相关标准将所有基础设备全面连接[5 ]。同时，要安装防辐射玻璃窗，确保医生及时观察到计算机断层扫描控制室的详细情况，从而加强计算机断层扫描仪器室的使用效果。此外，要合理利用 Photoshop 软件，选择与模型尺寸相同的玻璃，再将玻璃安装在新图层上，并结合现场光线情况调整图层的透明度，以保证医护人员获得较好的视觉效果。另外，要在墙壁的合适位置安装防辐射金属门，给医生进出计算机断层扫描仪器室提供通道，并构建计算机断层扫描控制室场景，从而布置好计算机断层扫描控制室（图2）。

计算机断层扫描检查室主要由金属门、扫描床、计算机断层扫描仪、墙面、玻璃窗等构件组成。其中，玻璃窗的作用是便于医护人员观察计算机断层扫描控制室的具体情况，从而根据实际情况对具体问题提出有效的解决措施;移动扫描床以扫描床模型为基础，给患者提供灵活的平躺空间;金属门是计算机断层扫描检查室最常见的构件，其作用是让工作人员自由出入两个不同的场景（图 3） 。两个场景的切换是利用图片切换来完成，缩短了切换流程，有利于为医护人员营造出计算机断层扫描控制室和计算机断层扫描仪器室的真实效果[6]。

6  计算机断层扫描检查过程的仿真

当将计算机断层扫描室内所有构件全部布置完成，要针对计算机断层扫描检查画面进行选择，通过合理利用计算机断层扫描控制室的计算机进行运行，从而准确掌握患者运动轨迹、仪器运行状况等。同时，如果需要详细查看患者的具体信息，可在计算机断层扫描控制室中连续点击计算机1，再点击查看按钮，即可帮助医护人员查看患者的具体情况，从而采取最合适的治疗方式。当医护人员点击计算机2 时，单击检查按钮，便会自动开启系统，再将密码和用户名输入到系统登录页面，此时会出现点击检查登记按钮、信息界面等。若医护人员要查看患者的具体信息，点击患者诊疗卡信息即可，并能将患者的具体信息及时保存在计算机内。当医护人员使用计算机3 时，点击新患者选项即可查看近段时间所有患者的具体情况，再根据不同患者的身体情况和患病程度，对其进行依次治疗。这有利于医护人员了解患者的治疗进度，从而获得更好的治疗效果（图4）。

在医护人员正式给患者进行治疗前，应提前打开计算机断层扫描检查室的金属门，并在计算机断层扫描检查室将现场场景再现，再利用计算机断层扫描仪来扫描患者身体，最后利用3DS MAX 技术呈现“患者病情”。同时，要在“患者病情”页面中添加控制器，从而使医护人员随时判断“患者病情”。此外，可利用专业设备将患者转移到指定位置，并让患者平躺在计算机断层扫描检查床上。而若要完成这一动作，必须制作检查床和升降支架，从而将患者躺下的动作完全用三维画面呈现出来。

为了确保扫描架控件图片具有一定的准确性，要严格遵循操作順序来制作三维画面，并根据实际情况进行调整，让患者运动轨迹和模型达成一致。但由于通过不同比例视图很难准确观察到扫描架控件的操作流程，因此医护人员要合理控制视图比例。在将扫描架控件应用到 Animate 软件后，将其转换为影片剪辑模式，且可转换为图形元件，在合理位置添加关键帧，并将图形元件放大，再利用按钮和动作图层代码，实现点击扫描架控件来移动扫描床的效果。最后，点击计算机断层扫描检查室，即可立即返回计算机断层扫描控制室[8]。

7  总结

利用基于计算机断层扫描的虚拟仿真软件，可以帮助医护人员解决日常工作中出现的问题，给学生提供丰富的学习资源和工作经验，让医护人员及时了解患者病情。同时，可利用模拟计算机断层扫描设备来帮助医护人员进行反复练习，让其逐渐摆脱空间和时间的束缚。通过利用计算机技术来构建虚拟仿真实验环境，可以给学生带来真实的场景体验，并将计算机断层扫描设备、检查流程、检测原理、仪器操作流程等用更加直观的方式呈现出来，如动画、图形等，让静态式教学转变为三维立体式教学，从而有效提高学生的学习积极性、自动性和实践能力，最终提高教学效率和质量。

参考文献：

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[2] 米智，范德江，刘晓航，等.基于计算机断层扫描技术重构三维生物扰动构造—以长江口现代沉积为例[ J].海洋与湖沼，2021，52（6）：1388⁃1398.

[3] 蔡江泽，段晓曼，齐宏亮，等.几何标定模体与成像物同步扫描的自由轨迹锥束计算机断层扫描成像方法[J].生物医学工程学杂志，2021，38（5）：951⁃959.

[4] 齐羿，张卫国，贾建文，等.计算机断层扫描血管造影对于颅内外支架留置术后随访诊断意义及相关因素分析 [J].首都医科大学学报，2021，42（2）：312⁃316..

[5] 王鹏，严赟琦，钱黎俊，等.基于纹理滤波的无监督配准方法及其在肝脏电子计算机断层扫描中的应用[J].生物医学工程学杂志，2021，38（5）：819⁃827.

[6] 盛宇贺，于杰，王颖东，等.计算机断层扫描三维重建软件分析左主干开口位置及左主干最佳投照角度[J].临床军医杂志，2021，49（11）：1201⁃1204.

[7] 刘乃嘉，胡颖，杨一风，等.基于不同模态影像的急性缺血性脑卒中计算机辅助阿尔伯塔卒中项目早期计算机断层扫描评分研究进展[ J].生物医学工程学杂志，2021，38（4）：790⁃796，804.

[8] 崔志军，房维学，陈刚.双源计算机断层扫描双能量成像在肺部肿块诊断中的应用[ J].癌症，2018，37（ 9）：421⁃424.

作者简介：

吴英萍（1982—） ，本科，高级工程师，研究方向：计算机应用技术、软件技术、人工智能。