Nghiên cứu phát triển hệ thống thực tại ảo mô phỏng dữ liệu bộ xương trục người Việt Nam trưởng thành phục vụ cho việc giảng dạy và tra cứu
Trịnh Xuân Đàn và Đtg
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
89(01/2): 117 - 121
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG DỮ
LIỆU BỘ XƯƠNG TRỤC NGƯỜI VIỆT NAM TRƯỞNG THÀNH
PHỤC VỤ CHO VIỆC GIẢNG DẠY VÀ TRA CỨU
Trịnh Xuân Đàn1; Đỗ Năng Toàn2 & CS
1Trường Đại học Y Dược Thái Nguyên
2 Viện Công nghệ Thông tin-Viện Khoa học Việt Nam
TÓM TẮT
Để khắc phục tình trạng thiếu điều kiện quan sát thực hành và rèn luyện kỹ năng nghề nghiệp về
sự hiểu biết thấu đáo cấu tạo cơ thể người giúp cho quá trình chẩn trị y học trong chăm sóc sức
khỏe. Dựa vào trang thiết bị hiện đại của Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Mạng của Viện
CNTT-Viện KHVN. Với phần mềm tạo mô hình 3DSMax phiên bản 2010 và các kỹ thuật hỗ trợ,
nhóm tác giả bước đầu xây dựng thành công bộ xương trục mô phỏng với phần mềm VRBODY
1.0. Kết quả bước đầu giúp người học dễ dàng quan sát từng chi tiết cơ quan, bộ phận cơ thể người
bình thường để phát hiện được những bất thường của chúng khi có tổn thương bệnh lý giúp cho
việc nâng cao hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị.
Từ khóa: Giải phẫu; mô phỏng 3D; công nghệ thông tin; phần mềm; phần cứng máy tính.
ĐẶT VẤN ĐỀ *
địa lý cũng chưa chắc cho ta tiếp cận với bệnh
nhân có loại bệnh ta quan tâm. Vậy câu hỏi
Ở nước ta việc giảng dạy và học tập môn Giải
đặt ra là ta có thể tạo dựng bệnh nhân ảo, và
phẫu vẫn còn tình trạng giảng chay, thiếu điều
bệnh nhân này có được các bệnh mà ta mong
kiện thực hành quan sát. Đây là môn học mô
muốn? Làm được như vậy, chúng ta sẽ có
tả các chi tiết cấu tạo cơ thể nên cần có nhiều
được kho dữ liệu về các loại bệnh, được thể
phương tiện hỗ trợ như xác, xương rời, tiêu
hiện mô hình bệnh nhân ảo.
bản, tranh, mô hình...trong đó xác là phương
Trên cơ sở sự phát triển của phần cứng máy
tính, các kỹ thuật đồ hoạ và thực tại ảo, hệ
thống đào tạo y học trên bệnh nhân ảo dần
thành hiện thực. Hệ thống đào tạo này bao
gồm hai bộ phận cơ bản: một là khối tương
tác ba chiều là mô hình sinh thể ảo cho phép
thực hiện các thao tác giải phẫu thông qua các
dụng cụ ảo; hai là khối giao diện cung cấp
thông tin phản hồi trực quan từ mô hình
trong phẫu thuật cũng như thông tin hướng
dẫn đào tạo.
tiện trực quan tốt nhất giúp cho người học có
thể xác định được từng chi tiết cơ thể một
cách đầy đủ, chính xác. Chỉ khi hiểu được cấu
trúc cơ thể bình thường mới nhận ra được các
biến đổi bất thường do bệnh hoặc chấn
thương gây ra. Vì vậy, kiến thức về giải phẫu
rất cần cho tất cả các thầy thuốc lâm sàng.
Tuy nhiên, xác rất khó kiếm vì hiến xác là
vấn đề tình cảm, phong tục, rất nhạy cảm...
mặc dù có hàng nghìn đơn hiến xác nhưng
trong vòng trên 10 năm nay Viện Giải phẫu
chỉ nhận được 6 xác, BMGP trường ĐHYD
nhận đươc 2 xác hiến. Việc nhận xác vô thừa
nhận phức tạp về các thủ tục pháp lý, xử lý
khó khăn vì đã để lưu ở môi trường không
thuận lợi.
Việc phát triển hệ thống mô phỏng tạo ra cái
nhìn trực quan về cơ thể. Khắc phục được
những nhược điểm của giảng dạy thông
thường hiện nay. Hơn nữa, việc xây dựng mô
phỏng này, sẽ giúp cho việc hoàn thiện xây
dựng cơ thể ảo và tiến tới xây dựng bệnh
nhân ảo. Khắc phục được những vấn đề khó
khăn về xác - một vấn đề tình cảm, phong tục
và rất nhạy cảm đồng thời xây dựng được
cho chúng ta một kho cơ sở dữ liệu về các
loại bệnh.
Trên lâm sàng, việc tìm kiếm bệnh nhân có
bệnh quan tâm để học tập, nghiên cứu cũng là
vấn đề khó. Bởi không dễ kiếm bệnh nhân và
ngay trong trường hợp có thì khoảng cách về
*
117
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trịnh Xuân Đàn và Đtg
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
89(01/2): 117 - 121
PHƯƠNG PHÁP CÔNG CỤ TẠO MÔ HÌNH
Hiện nay ở Việt Nam, việc xây dựng phần
mềm ứng dụng trong ngành y tế còn có nhiều
hạn chế, vẫn là mảng đang bị bỏ ngỏ, chưa có
đầu tư nào thích đáng. Tương tự, những ứng
dụng về mô phỏng trong chuẩn đoán bệnh
hoặc luyện nghề của các trường học và các
trung tâm y tế cũng chưa có gì.
Thu thập dữ liệu hình thái và cấu trúc
các xương
- Thông tin và tài liệu về xương phải chọn lọc
và phân loại để thuận tiện cho quá trình xử lý
dữ liệu sau này.
- Thông tin thu nhận phải đảm bảo đầy đủ,
chính xác cả về hình ảnh và thông tin từ Hình
ảnh, video để mô tả: Tên chi tiết – bộ phận, vị
trí, đặc điểm giải phẫu …
Kết hợp với các trang thiết bị hiện đại của
Viện CNTT, cộng với kỹ năng và kinh
nghiệm, việc xây dựng các phần mềm mô
phỏng các cơ quan bộ phận cơ thể là khả
quan. Đồng thời có thể tách rời các cơ quan ra
để quan sát một cách chi tiết để mô tả, xác
định những mốc chính, những chi tiết quan
trọng để vận dụng vào thực tế lâm sàng.
Trên cơ sở các dữ liệu thu thập, với các thiết
bị của Phòng thí nghiệm trọng điểm Công
nghệ Mạng và Đa phương tiện do Viện CNTT
chủ trì thực hiện: các thiết bị phần cứng và
các bộ chương trình phần mềm hỗ trợ xây
dựng các dữ liệu đa phương tiện như âm
thanh, hình ảnh, hình ảnh động; hỗ trợ biên
tập dữ liệu đa phương tiện, ...
Mục tiêu chung
Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ thực tại ảo
xây dựng các bộ phận chính của cơ thể con
người, với khả năng cung cấp các giao tiếp
cho phép người sử dụng quan sát tra cứu tìm
kiếm thông tin về các bộ phận chính của cơ
thể con người và một số bệnh liên quan trợ
giúp cho việc giảng dạy và tra cứu. Phục vụ
cho việc tiến tới xây dựng bệnh nhân ảo.
Sử dụng hệ quản trị CSDL hướng đối tượng,
hướng đối tượng -quan hệ, cơ sở dữ liệu quan
hệ. Các ngôn ngữ, công cụ mô hình hóa trong
thực tại ảo. Phương pháp phân tích thiết kế hệ
thống thông tin cho hệ thống phức tạp liên kết
giữa CSDL và thực tại ảo. Kỹ thuật tiên tiến
của đồ họa máy tính và giao diện người máy
HCI (Human-Machine Interaction).
Mục tiêu cụ thể
1. Bước đầu xây dựng bộ xương trục người
trưởng thành bằng áp dụng công nghệ thực
tại ảo.
Phần mềm được sử dụng tạo mô hình là
3DSMax phiên bản 2010 sau đó sử dụng các kỹ
thuật hỗ trợ để hiệu chỉnh mô hình như mô hình
đa giác (polygon), mô hình dựa trên kết nối
đường cong (NURBs) và một số kỹ thuật hiệu
chỉnh khác như chất liệu, màu sắc, ánh sáng…
2. Ứng dụng xây dựng bài giảng về hệ xương
cho sinh viên ngành Y-Dược với các hình ảnh
mô phỏng minh họa.
Sách giải
phẫu người
Cơ sở dữ liu thu nhận
Ảnh chụp cắt lớp
CT (DICOM)
Mô hình thật
Mô hình mô phỏng
Chọn lọc
thông tin và
phân loại
Một số nguồn
thông tin khác
Tranh Atlas
giải phẫu
Hình 1: Một số phương pháp thu nhận dữ liệu
118
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trịnh Xuân Đàn và Đtg
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
89(01/2): 117 - 121
THIẾT KẾ PHẦN MỀM -VRBODY 1.0
Mục đích của hệ thống
hiện, lựa chọn đối tượng. Cho phép hiển thị
thông tin cho từng đối tượng cụ thể được lựa
chọn. Hệ thống chạy được trên môi trường
Window.
Xây dựng chương trình mô phỏng các cơ
quan, bộ phận trên cơ thể người, phục vụ cho
việc giảng dạy và tra cứu.
Các chức năng của hệ thống
Chức năng đọc mô hình 3D các cơ quan, bộ
phận cơ thể người vào chương trình. Chức
năng tương tác với mô hình gồm: xoay,
phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển, ẩn, hiện, lựa
chọn đối tượng. Chức năng hiển thị thông tin,
mô tả về đối tượng.
Các yêu cầu của phần mềm-VRBODY 1.0
Các yêu cầu của hệ thống
- Sử dụng các đối tượng 3D được định nghĩa
theo cấu trúc VRML.
- Đọc các mô hình cơ quan, bộ phận 3D theo
cấu trúc VRML.
Yêu cầu hệ thống
- Cho phép hiển thị mô hình của các hệ cơ
quan theo cả hai chế độ là MONO hoặc
STEREO. Cho phép hiển thị toàn bộ hoặc
hiển thị riêng lẻ từng cơ quan bộ phận. Cho
phép thực hiện các thao tác trên mô hình như:
xoay, phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển, ẩn,
Biểu đồ các ca sử dụng của hệ thống
Yêu cầu phần cứng máy tính có hệ điều hành
WinXP hoặc Win7, CPU Pentium4 (2.4GHZ)
trở lên, RAM 1GB trở lên, bộ nhớ tối thiểu 1GB.
Yêu cầu file phần mềm có đầy đủ các file:
VirtualBodySystem.rar.
Chọn và đọc các mô hình vào hệ thống
Hiển thị các mô hình 3D của hệ thống
Tương tác với các mô hình 3D
Người sử dụng
Hình 2: Biểu đồ các ca sử dụng của hệ thống
- Các tính năng chính của chương trình
Đọc mô hình 3D hệ xương: chương trình cho phép người sử dụng đọc các mô hình 3D các hệ của
cơ thể người vào chương trình, cho phép xoay, di chuyển mô hình hộp sọ 3D ở các vị trí và các
góc độ khác nhau để quan sát và nghiên cứu. Chương trình hỗn trợ định dạng file mô hình 3D là
(*.ISB).
Lựa chọn và hiển thị thông tin các thành phần trong mô hình: chương trình hỗ trợ việc việc lựa
chọn, hiển thị thông tin các đối tượng trong mô hình 3D của các hệ cơ quan trong cơ thể.
Hướng dẫn sử dụng chi tiết:Click đúp chuột vào file VirtualBodySystem.exe, khi đó giao diện
chương trình như sau:
119
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trịnh Xuân Đàn và Đtg
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
89(01/2): 117 - 121
Một số kết quả xây dựng mô hình
1. Nghiên cứu tổng quan về thực tại ảo và ứng
dụng thực tại ảo vào việc mô phỏng trong y tế
bao gồm về mặt thiết bị với các khối: Thu
nhận, trình chiếu, tương tác v.v.. Ngôn ngữ,
công cụ phát triển, các ứng dụng cơ bản v.v..
Một số kết quả xây dựng bài giảng từ
chương trình
Chương trình là công cụ để các chuyên gia,
các thầy cô giáo giảng dạy bộ môn giải phẫu
sinh ra các bài giảng, phục vụ quá trình giảng
dạy và học tập. Bài giảng có thể là ở dạng
hình ảnh, dạng powerpoint hoặc là dạng
video. Kết quả một số bài giảng đã được
tạo và ghi ra đĩa CD (có đĩa kèm theo tài
liệu này).
2. Hệ thống hóa và nghiên cứu các kỹ thuật
tạo mô hình, các kỹ thuật điều khiển mô hình
và tích hợp ánh sáng trong hệ thống.
3. Cài đặt Phần mềm Thực tại ảo mô phỏng
bộ xương trục của người Việt trưởng thành có
thể thể hiện theo các bài học cơ bản
KẾT LUẬN
KHUYẾN NGHỊ
Đề tài đã xây dựng quy trình công nghệ xây
dựng một phần mềm thực tại ảo và các kỹ
thuật liên quan như: Xây dựng mô hình, điều
khiển mô hình, tích hợp âm thanh, ánh sáng
v.v.. trên cơ sở đó xây dựng hệ thống phần
mềm thực tại ảo mô phỏng bộ xương trục của
người Việt trưởng thành có thể thể hiện
theo các bài học cơ bản đã đạt được các kết
quả sau:
1. Ứng dụng công nghệ thực tại ảo trong việc
xây dựng các cơ quan bộ phận cơ thể người
phục vụ cho công tác đào tạo của các trường
Đại học Y Dược, giúp cho sinh viên y tránh
được tình trạng học chay, đồng thời giúp cho
các giảng viên giảng dạy sinh động gây
hứng thú cho sinh viên để tiếp thu bài học
có hiệu quả.
120
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trịnh Xuân Đàn và Đtg
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
89(01/2): 117 - 121
[4].Nguyễn Quang Quyền, Phạm Đăng Diệu,
Atlas giải phẫu người (tài liệu dịch từ Frank
A.Netter). NXB Y học.
[5].Đỗ Năng Toàn, Phạm Tấn Năm, Trần Thanh
Hiệp, Trịnh Hiền Anh (2005), “Một kỹ thuật tiếp
cận trong tạo mô hình 3 chiều”, Báo cáo khoa học
tại Hội thảo Quốc gia “Một số vấn đề chọn lọc về
CNTT”, Hải Phòng 25-27/08/2005.
2. Tiến tới xây dựng cơ thể ảo cho sinh viên
cũng như các thầy thuốc co cơ hội tiến hành
thực hiện các thủ thuwtj trong công tác thăm
khám, điều trị, phẫu thuật để ren luyện các kỹ
năng chuyên môn của bản thân.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trịnh Xuân Đàn chủ biên (2008): Bài giảng
Giải phẫu học tập 1, tập 2; Trường Đại học Y
Dược Thái Nguyên-Bộ môn giải phẫu học, Nhà
xuất bản Y học, Hà Nội 2008.
[6].Video Bài giảng hướng dẫn học 3DSMAX
của trung tâm đồ họa Nami, tại website
[2]. Nguyễn Văn Huân, Trịnh Xuân Hùng, Phạm
Bá Mấy, “CẢI TIẾN KỸ THUẬT BIỂU DIỄN
BỀ MẶT NURBs” ”, Báo cáo khoa học tại Hội
thảo Quốc gia “Một số vấn đề chọn lọc về
CNTT”, Biên Hòa – Đồng Nai 05-06/08/2009.
[3]. Lê Hải Khôi, Đỗ Năng Toàn, Phạm Thế Anh,
Trịnh Xuân Hùng (2005), Một cách tiếp cận cho
hiển thị hình ảnh 3 chiều, Hội thảo Quốc gia về
“Các vấn đề chọn lọc của CNTT, Hải Phòng 25-
27/8/2005.
[7].Character-Animation Tutorials,
3DSMAX 2010
[8].Gray J.: (1985): Anatomy descriptive and
applied, 34th edition, London.
[9].Les Piegl (1991) "On NURBs: A Survey", Jan
01, 1991, IEEE Computer Graphics and
Applications, Vol. 11, No. 1, pp. 55 - 71
Autodes
[10]. Tutorial
Mapping”.
© CSC, “Advanced Texture
SUMMARY
DEVELOPMENT OF VIRTUAL SYSTEM FOR DATA SIMULATION OF
AXIAL SKELETON IN VIETNAMESE ADULTS FOR TEACHING AND
SEARCHING
Trinh Xuan Đan1*; Do Nang Toan2 et al
1Thai Nguyen University of Medicine & Pharmacy
2 Institute of Information Technology - Viet Nam Academy of Science & Technology
It is to overcome insufficient condition for observational practice and professional skills training
on thorough understanding of the body structure to helps process of medical diagnosis and
treatment in health care. It is based on the modern equipment of the Key Laboratory of Network
Technology of Institute of Information Technology - Viet Nam Academy of Science &
Technology. With software creating models of 3dsmax of version 2010 and support techniques, at
the beginning authors built successfully simulated axial skeleton with VRBODY 1.0 software.
Initial results help leaners to observation more easily detail organs, body parts in normal bodies to
detect abnormalities of the pathological lesions, which helps to improve efficiency in the diagnosis
and treatment.
Keywords: Anatomy; 3D simulation; IT; software; computer hardware.
*
121
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5 trang
20820
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu phát triển hệ thống thực tại ảo mô phỏng dữ liệu bộ xương trục người Việt Nam trưởng thành phục vụ cho việc giảng dạy và tra cứu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_phat_trien_he_thong_thuc_tai_ao_mo_phong_du_lieu.pdf
