3.3.3.1. Giới thiệu
Từ yêu cầu thực tế đã được phân tích ở trên, nhóm thực hiện hướng tới những mục tiêu như sau:
Xây dựng một phần mềm có các chức năng phù hợp với việc giảng dạy thực tế.
Phần mềm có giao diện bằng tiếng Việt (có chú thích tên gọi tiếng Anh), phù hợp với các nhóm người dùng được phân tích ở phần sau.
Phần mềm cho phép chạy trên mọi môi trường hệ điều hành, có giao diện đẹp về hình thức, trực quan, dễ sử dụng.
3.3.3.2. Phân tích người sử dụng
Hệ thống cung cấp cho nhóm người sử dụng chính là: Giảng viêngiảng dạy bộ môn giải phẫu học tại các trường y tế về Y học, và Sinh viên chuyên ngành Y. Ngoài ra có thể là các Bác sĩ ngoại phẫu thuật, hoặc người dân bình thường muốn tìm hiểu về cấu trúc cơ thể con người.
Giảng viên:
Giảng viên sử dụng hệ thống áp dụng trong việc giảng dạy:
Yêu cầu đối với Giảng viên:
- Có trình độ chuyên môn về giải phẫu (yêu cầu trình độ đại học trở lên) để có thể hiểu các chức năng chuyên môn thực tế cũng như các chức năng chuyên môn được cung cấp của chương trình, phản hồi cho nhóm phát triển, đảm bảo các chức năng chuyên môn của chương trình được thực hiện chính xác.
- Yêu cầu về trình độ tin học đối với Giảng viên: do cần phải thực hiện các chức năng chuyên môn, Giảng viên cần phải có khả năng sử dụng máy vi tính ở mức Tin học Văn phòng.
- Theo yêu cầu của công việc, các danh pháp về các cơ quan bộ phận trên cơ thể cần có phiên âm tiếng Anh, nên yêu cầu khả năng ngoại ngữ đối với Giảng viên.
Sinh Viên:
- Đây là chương trình nhằm cung cấp cho học viên những kiên thức về giải phẫu học, và hình ảnh trực quan về cơ thể người. Do đó, với Sinh viên thì chỉ cần yêu cầu họ kiến thức về tin học cơ bản, để có thể sử dụng và thao tác với chương trình.
Người dùng khác:
- Cũng tương tự như Sinh viên, nhóm người dùng khác thì cũng chỉ cần yêu cầu họ kiến thức về tin học cơ bản, để có thể sử dụng và thao tác với chương trình.
Môi trường cài đặt phần mềm:
-Môi trường cài đặt phần mềm: hệ thống phần mềm được cài đặt trên mọi hệ điều hành.
3.3.3.3. Phân tích nhiệm vụ
Nhiệm vụ của phần mềm là cung cấp cho người sử dụng một công cụ, giúp họ có thể học tập và nghiên cứu về cấu trúc và các mốc giải phẫu của cơ thể người thông qua máy tính. Phần mềm đảm bảo một số nhiệm vụ cơ bản sau:
-Phần mềm Trình diễn Cơ thể ảo có các chức năng phù hợp với chức năng nghiệp vụ thực tế.
-Phần mềm có giao diện bằng tiếng Việt, phù hợp với các nhóm người dùng được phân tích ở phần sau.
-Phần mềm có giới hạn chức năng đối với từng nhóm sử dụng
-Phần mềm chạy trên môi trường hệ điều hành Windows, có giao diện đẹp về hình thức, trực quan, dễ sử dụng.
Sau khi phân tích, nhận biết được đặc điểm người sử dụng. Nhóm đưa ra mô hình phân rã chức năng HTA của hệ thống như sau:
o Mục tiêu: Chọn để xem và chỉnh sửa thông tin.
o Phân tích nhiệm vụ (mô tả phân rã chức năng bằng văn bản theo mô hình HTA) -Chọn hệ cơ quan: Hệ xương, hệ hô hấp, hệ tuần hoàn, hệ tiêu hóa
-Ấn nút “Bắt đầu” để xem và có thể chỉnh sửa:
0. Cơ thể ảo
1. Lựa chọn hệ cơ quan để xem
1.2. Xem thông tin 1.3. Chỉnh sửa
2. Kết thúc Kế hoạch 0: Có thể thực hiện bất kì hành động 1 hoặc 2 Kế hoạch 1: Thực hiện 1.1. Sau đó có thể thực hiện bất kì hành động 1.1 hoặc 1.2 1.1. Ấn nút bắt đầu 3.3.4. Phác họa thiết kế 3.3.4.1. Giới thiệu
Với mục đích cung cấp cho người sử dụng một giao diện thân thiện và dễ sử dụng. Do đó thiết kế giao diện phải đảm bảo được một số tính chất sau:
Giao diện phải hướng người dùng Màu sắc phải hợp lý
Đơn giản, dễ sử dụng
Gần gũi với thực tế người sử dụng v.v..
3.3.4.2. Thiết kế tổng quan
Dựa trên các phân tích về người sử dụng cũng như các khảo sát yêu cầu giao diện và chức năng của phần mềm, nhóm thực hiện thiết kế hệ thống có giao diện gồm 2 phần chính:
Giao diện lựa chọn các hệ cơ quan.
o Danh sách các hệ cơ quan
o Các nút lệnh (bắt đầu, kết thúc)
Giao diện trình diễn các hệ cơ quan và xem chi tiết các thông tin.
o Phần xem và tương tác với các mô hình 3D.
o Phần lựa chọn các mô hình từ giao diện.
o Phần xem thông tin mô tả chi tiết về các cơ quan, bộ phận. 3.3.4.3. Thiết kế kịch bản mẫu
Kịch bản mẫu được mô tả qua việc mô tả các tác nhân, Use case và các biểu đồ trạng thái như sau:
Các tác nhân chính của hệ thống:
STT Tên actor Ghi chú
1 User (Người sử dụng) Người dùng có thể tương tác với các mô hình và các đối tượng trong chương trình
Biểu đồ ca sử dụng của hệ thống: Người sử dụng Hiển thị các mô hình 3D của hệ thống Tương tác với các Chọn và đọc các mô hình vào hệ thống
Đặc tả các ca sử dụng của hệ thống:
Tên ca sử dụng: Tương tác với các mô hình 3D của hệ thống.
Mục đích: Cho phép người sử dụng tương tác với các đối tượng như: xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ, chọn đối tượng,…
Tóm lược: Người sử dụng lựa chọn các tác vụ như: xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ, chọn đối tượng,…sau khi lựa chọn đối tượng thì thông tin về đối tượng sẽ được hiển thị lên màn hình.
Điều kiện đầu vào: được thực hiện khi chương trình đã khởi động.
Điều kiện kết thúc: sau khi quan sát, so khớp và kết luận.
Biều đồ kịch bản chính:
Mô tả các kịch bản con:
C1: Người sử dụng lựa chọn các tác vụ như: xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ, chọn đối tượng.
C2: Kịch bản này hệ thống sẽ trả về kết quả tương tác và thông tin của các đối tượng.
Biểu đồ chuyển trạng thái:
Biểu đồ chuyển trạng thái mô tả vòng đời của đối tượng, từ khi nó được sinh ra đến khi bị phá hủy. Biểu đồ chuyển trạng thái cung cấp cách thức mô hình hóa các trạng thái khác nhau của đối tượng. Trong khi biểu đồ lớp cung cấp bức tranh tĩnh về các lớp và quan hệ của chúng thì biểu đồ chuyển trạng thái được sử dụng để mô hình hóa các hành vi động của hệ thống.
C1
C2 Người sử dụng
Tương tác với các mô hình
Kết quả tương tác và thông tin mô hình
Biểu đồ hoạt động của UC03:
3.4. Phân tích, lựa chọn công cụ
3.4.1. Mô tả yêu cầu
Mục đích Phân tích, thiết kế hệ thống nhằm xây dựng mô-đul. Phạm vi Hệ thống mô phỏng Atlas giả phẫu bộ xương người 3D. Thuật ngữ chuyên ngành
STT Thuật ngữ Chú giải
1 Quản trị hệ
thống Người quản trị hệ thống, có nhiệm vụ quản lý và duy trì hoạt động của hệ thống. 2 Client Người dùng tại các máy trạm gửi các yêu cầu đến máy chủ 3 Nhận yêu cầu Người dùng từ Client nhận kết quả trả về từ Server
4 UC Trong tài liệu này, các ca sử dụng được nhắc đến dưới tên tiếng Anh là Use case hay viết tắt là UC
5 Thông tin Thông tin giải phẫu Đặc tả bổ sung
Mục này đưa ra các đặc tả bổ sung không được trình bày trong mô hình ca sử dụng để cung cấp các yêu cầu đầy đủ hơn về hệ thống.
Yêu cầu chức năng: Cung cấp các chức năng cho mô hình 3D.
Tính tin cậy:Thông tin phải được hiển thị và lưu trữ đầy đủ, chính xác.
Tính dễ dùng: Thao tác đơn giản, thiết kế hớp lý, thân thiện.
Hiệu năng: Cung cấp công cụ và thông tin hỗ trợ cho việc dạy và học giải phẫu
Khả năng hỗ trợ: Hệ thống tích hợp sẵn tài liệu hướng dẫn sử dụng, phim hướng dẫn sử dụng để người dùng có thể tra cứu ngay khi gặp khó khăn.
Bảo mật: Hệ thống cần đảm bảo được việc phân quyền và bảo mật chặt chẽ, đảm bảo người dùng xem được dữ liệu và thực hiện được các chức năng theo đúng vai trò của họ. Dữ liệu luôn được backup trên Server đảm bảo không bị mất khi có sự cố.
Các ràng buộc thiết kế: Không có.
3.4.2. Phân tích
Phân tích kiến trúc
Trừu tượng hóa các đối tượng chính
- Client: Là các người dùng hệ thống có tài khoảng trong hệ thống. - Server: Là các dịch vụ mà Server cung cấp cho Client.
Mô hình kiến trúc
Sử dụng mô hình dịch vụ Client – Server
- Client: Đưa ra các yêu cầu vầ nhận kết quả trả về từ Server.
- Server: Nhận các yêu cầu và xử lý các yêu cầu này rồi trả kết quả cho Client. Phân tích UC (Biểu đồ tuần tự)
Đăng nhập:
Phân tích UC (Biểu đồ lớp phân tích)
3.4.3.Thiết kế
Xác định các phần tử thiết kế
Chuyển đổi tương ứng từ lớp phân tích sang phần tử thiết kế:
Lớp phân tích Phần tử thiết kế Client_Login Client Server_Login Server Calculate_posision() Client Labling() Optimize_Lable() Mô hình triển khai
Thiết kế UC Không có
Thiết kế hệ thống con Không có
3.5. Cài đặt phát triển ứng dụng hệ thống hỗ trợ giải phẫu 3D xương
3.5.1. Mục đích và yêu cầu Mục đích: Mục đích:
Xây dựng chương trình mô phỏng các bộ xương trên cơ thể người, phục vụ cho các trường học Y về việc giảng dạy và nghiên cứu tại Lào.
Yêu cầu:
Mô-đun phần mềm “HỆ THỐNG ATLAS GIẢI PHẪU 3D BỘ XƯƠNG NGƯỜI” cung cấp cho người sử dụng một công cụ mô phỏng cơ thể ảo 3D,cho phép quan sát, tương tác và tra cứu các cơ quan, bộ phận chính của cơ thể người trên máy tính.
Các yêu cầu của hệ thống:
+ Đọc các mô hình cơ quan, bộ phận 3D theo cấu trúc VRML (Virtual reality modeling language).
+ Cho phép hiển thị mô hình của các hệ cơ quan theo cả hai chế độ là MONO hoặc STEREO và theo từng bộ phận, cơ quan một cách riêng rẽ.
+ Cho phép thực hiện các thao tác trên mô hình như: xoay, phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển, ẩn, hiện, lựa chọn đối tượng.
3.5.2. Cài đặt hệ thống
Phát triển chương trình thực nghiệm “Hệ thống ATLAS giải phẫu 3D bộ xương người”trên nền tảng Visual C++ 2013 với sự trợ giúp của thư viện mã nguồn mở OpenSceneGraph.
Đầu vào của hệ thống là các tệp mô hình 3D được lưu trữ, mô tả theo cấu trúc VRML.
*Yêu cầu phần cứng của hệ thống:
+ Chíp tính toán(CPU) 2.40 GHz. + Bộ nhớ trong(RAM) 512 MB. + Bộ nhớ ngoài(HDD) 1GB.
*Yêu cầu file phần mềm
Có đầy đủ các file:
+ AutoLabel-Solution.zip
+ Visual C++ Redistributable Package
*Khởi động chương trình
Giải nén file AutoLabel-Solution.zip, và chạy file MyAutoLabel.exenhư hình sau:
Hình 3.3. Thư mục chứa các file của phần mềm
Giao diện chương trình được hiển thị như mô tả trong hình 5.6
3.5.3. Các chức năng chính của hệ thống
Đọc mô hình 3D các hệ xương của cơ thể người
Chương trình cho phép người sử dụng đọc các mô hình 3D các hệ xương của cơ thể người vào chương trình, cho phép xoay, di chuyển mô hình 3D của các bộ xương ở các vị trí và các góc độ khác nhau để quan sát và nghiên cứu.
Lựa chọn, hiển thị thông tin các thành phần trong mô hình 3D
Chương trình hỗ trợ việc việc lựa chọn và hiển thị thông tin các đối tượng trong mô hình 3D của các bộ xương trong cơ thể.
3.5.4. Mô hình hóa xương người
Những thông tin thu nhận được về các bộ xương từ nhiều ngồn khác nhau, và nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành chọn lọc, phân loại như đã trình bày ở các phần trên, nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn và sử dụng phương pháp dựng mô hình từ ảnh thông thường để dựng mô hình 3D cho các bộ xương ở người. Dưới đây là một số kết quả dựng mô hình.
Một số hình ảnh mô hình Atlas giải phẫu 3D bộ xương người đã dựng
/
3.5: Mô hình các xương sườn và xương ức
Hình 3.7. Mô hình hệ xương trục cơ thể người
3.5.5. Hiển thị mô hình xương người 3D
Chương trình cho phép người sử dụng đọc các mô hình 3D hệ xương của cơ thể người vào chương trình, cho phép xoay, di chuyển mô hình 3D hệ xương ở các vị trí và các góc độ khác nhau để quan sát và nghiên cứu.
3.5.6. Phân tích đánh giá kết quả
Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống được xây dựng cung cấp một atlas giải phẫu 3D bộ xương được thể hiện dưới dạng điện tử, cho phép tương tác với người dùng. Hệ thống có thể hiển thị bộ xương người với 206 xương, gồm:
- Xương đầu mặt: 22 xương gồm: 6 xương đơn (xương trán; sàng; bướm; chẩm; lá mía và hàm dưới); 8 xương đôi x 2 ( xương đỉnh; thái dương; lệ; mũi; xoăn mũi dưới; gò má; hàm trên; khẩu cái).
- Xương móng: 1 - Xương sống: 26
24 đốt sống trên rời nhau: gồm 7 đốt sống cổ, 12 đốt ngực và 5 đốt thắt lưng
Xương cùng gồm 5 đốt sống cùng dính nhau.
Xương cụt do 4 - 6 đốt sống cằn cỗi cuối cùng dính nhau tạo thành - Xương ức: 1
- Xương sườn: 24
- Xương chi trên: 64 xương gồm 32 xương x 2 (đòn; vai; cánh tay; quay; trụ; thuyền; nguyệt; tháp; đậu; thang; thê; cả; móc; 5 ngón tay; 14 xương đốt ngón tay).
- Xương chi dưới: 62 xương gồm 31 xương x 2 ( chậu; đùi; chè; chày; mác; sên; ghe; chêm I, II, III; hộp; gót; 5 đốt bàn chân; 14 đốt ngón chân).
- Các xương của tai: 6
Hệ thống đó đáp ứng được yêu cầu làcông 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.
KẾT LUẬN
Y học là một lĩnh vực vô cùng quan trọng đối với con người. Vì vậy, để có thể chăm sóc sức khỏe, phòng chống và chữa trị bênh cho con người được tốt thì chúng ta đòi hỏi cần phải có những bác sỹ, nhà khoa học ngành y giỏi, với tay nghề và kinh nghiệm tốt. Để làm có được điều này thì đòi hỏi các trường đại học/viện ngành y phải có phương pháp giảng dạy hay, hiện đại và có những phương tiện, nguồn học liệu tốt nhằm nâng cao chất lượng đào tạo như: bài giảng điện tử, các hệ thống mô phỏng các bộ phận cơ thể con người, kèm theo những thông tin với từng chức năng, vị trí,…
Trong việc xây dựng bài giảng điện tử cũng như trong các Atlas cho các chi tiết là một vấn đề phức tạp thường được làm thủ công, tốn kém thời gian.
Đề tài đã tập trung nghiên cứu, xây dựng được hệ thống Atlas giải phẫu ảo bộ xương người phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu. Kết quả đạt được cụ thể sau:
1. Nghiên cứu tổng quan tình hình hiện trạng việc xây dựng bài giảng điện tử giải phẫu tại các trường học chuyên ngành y.
2. Nghiên cứu một số kỹ thuật hiển thị bộ xương ảo 3D
3.Phân tích thiết kế hệ thống atlas giải phẫu 3D hệ xương người Lào 4. Xây dựng thực nghiệm hệ thống atlas giải phẫu 3D bộ xương người Lào
Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống được xây dựng cung cấp một atlas giải phẫu 3D bộ xươngđược thể hiện dưới dạng điện tử.
Ngoài ra, hệ thống phần mềm Atlas giải phẫu còn hỗ trợ xây dựng bài giảng điện tử cho Atlas giải phẫu người nhằm đổi mới phương pháp giảng dạy và nâng cao chất lượng đào tạo. Vì việc xây dựng được hệ thống Atlas thực tại ảo về bộ xương người sẽ giúp cho sinh viên, giảng viên và bác sỹ sẽ có được những mô hình về xương người trực quan hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Nguyễn Huy Sơn (2006),“Virtual Reality Technologie - Công nghệ Thực tại
ảo ”,http://tusach.thuvienkhoahoc.com