网络环境下人体器官的三维重建及变形仿真

背景：利用何种模型何种算法对不同器官组织进行变形仿真，既可保证逼真性又可兼顾实时性，目前的设计都是在单机系统上实现。 目的：为了实现基于网络的人体器官的变形仿真及交互，设计以人体器官肾脏为例，利用CT图像，在VRML平台上实现器官模型的三维重建。 方法：利用质点弹簧模型建立肾脏的物理模型，实现变形计算。最后通过VRML外部编程接口EAI和Java-Applet进行通信，实现器官模型在任意位置、任意外力作用下的变形模拟。 结果与结论：在CT图像的基础上实现了人体器官肾脏的三维重建，并利用质点弹簧模型实现了人体器官肾脏的变形模拟。借助于JAVA和VRML的结合，实现了网络环境下肾脏的变形仿真，用户只需在网页界面中输入作用力的大小和作用位置点的序列，即可得到肾脏变形情况的场景。研究虽仅以简单的拉伸和挤压变形为例，其他变形亦可通过类似的方法实现。实验为人体器官的变形和虚拟手术系统的网络交互功能的实现提供了一种思路。     

Kinect体感交互技术及其在医疗康复领域的应用

本文介绍Kinect体感交互技术的系统结构、工作原理和主要功能,探讨Kinect传感器利用Kinect for Windows SDK提供的软件库与应用程序进行交互的可行性,并介绍Kinect体感交互技术在医疗康复领域的应用现状及发展趋势。     

基于通用CAD技术的三维假牙模型重建

背景:由于全口假牙没有牙齿作为牙托的支撑,压力全部到牙龈上面,假牙活动咀嚼食物时不可避免对作为牙托支撑的牙龈进行磨损,患者也经常出现牙龈发炎和假牙托的金属过敏症状,因此为患者安装假牙前,医生必须先测试其对假牙材料的适应性。目的:对经历磨合期后的假牙进行三维模型重建。方法:使用激光扫描仪等数字采集设备采集了经过磨合期的全口假牙三维数据,利用逆向软件进行减少噪声点、数据滤波、数据精简及对缺失的数据进行修补等预处理并封装为三角曲面,通过Pro/E等三维设计软件实现模型的重建。结果与结论:通过激光扫描仪、CT等数字采集设备采集经过磨合期的全口假牙三维数据,利用逆向软件对采集到的数据进行预处理包括减少噪声点、数据精简、数据滤波及对缺失的数据进行修补等并提取曲线模型,最后在Pro/E等三维设计软件中实现了模型重建。重建的模型可为假牙的制作提供数字信息,也可以通过快速成型得到假牙的复制品。逆向重建的经过磨合期的全口假牙,不仅节约了时间,减少医生的劳动强度,还降低患者对材料过敏的风险,缩短患者与假牙的磨合期,减少患者的痛苦。     

基于Kinect的人体下肢关节活动度自动测量方法

目的提高人体下肢关节活动度（ROM）测量精确度、效率，简化测量过程，提出一种基于Kinect的人体下肢ROM自动测量方法。 方法选取受试者50例，按随机数字表法分成a、b、c、d、e五组，每组10例。借助Kinect骨架追踪技术，通过计算机处理下肢各关节点的深度数据，捕捉和追踪受试者下肢各关节点的位置，在计算机交互界面上实时输出髋、膝等关节的活动度数值，与传统手工测量结果进行比较，验证该自动测量方法的准确性，同时借助语音识别、语音输出技术，优化不同活动度测量科目间的切换方式和提示信息实时发出的方法。 结果5组受试者在7项科目中测得的关节活动度数据，根据Grubbs检验法和t检验法，在检验水准α=0.05的前提下，所得髋关节外展科目（t=0.57,P=0.597），髋关节内收科目（t=0.52,P=0.621），髋关节前屈科目（t=1.01,P=0.371），髋关节后伸科目（t=0.12,P=0.902），髋关节外旋科目（t=0.00,P=1.000），髋关节内旋科目（t=0.34,P=0.753），膝关节屈曲科目（t=1.12,P=0.280）中，｜t｜值均小于检测临界值t0.025(4)=2.776，因此该测量方法所得ROM与传统手工测量结果比较，差异无统计学意义(P&rt;0.05)。 结论基于Kinect的人体下肢ROM自动测量方法实现了下肢ROM的自动测量，简化了测量过程，测量结果准确，增强了下肢ROM测量的实用性。     

基于通用CAD技术的三维假牙模型重建

背景：由于全口假牙没有牙齿作为牙托的支撑，压力全部到牙龈上面，假牙活动咀嚼食物时不可避免对作为牙托支撑的牙龈进行磨损，患者也经常出现牙龈发炎和假牙托的金属过敏症状，因此为患者安装假牙前，医生必须先测试其对假牙材料的适应性。目的：对经历磨合期后的假牙进行三维模型重建。方法：使用激光扫描仪等数字采集设备采集了经过磨合期的全13假牙三维数据，利用逆向软件进行减少噪声点、数据滤波、数据精简及对缺失的数据进行修补等预处理并封装为三角曲面，通过Pro／E等三维设计软件实现模型的重建。结果与结论：通过激光扫描仪、CT等数字采集设备采集经过磨合期的全13假牙三维数据，利用逆向软件对采集到的数据进行预处理包括减少噪声点、数据精简、数据滤波及对缺失的数据进行修补等并提取曲线模型，最后在Pr0／E等三维设计软件中实现了模型重建。重建的模型可为假牙的制作提供数字信息，也可以通过快速成型得到假牙的复制品。逆向重建的经过磨合期的全口假牙，不仅节约了时间，减少医生的劳动强度，还降低患者对材料过敏的风险，缩短患者与假牙的磨合期，减少患者的痛苦。     

基于Kinect的上肢康复训练系统开发与应用

脑卒中等心脑血管疾病导致的上肢功能障碍严重影响了患者的生活质量。为帮助患者在社区家庭环境进行上肢康复训练,开发了基于Kinect的上肢康复训练系统。系统通过人体关节点数据与场景中对象模型的绑定实现了患者运动与虚拟模型运动的同步,利用体感方式实现与训练场景的动态交互。系统设计了分别用于肩、肘关节及上肢综合能力的康复训练项目,选取8名志愿者分两组（计算机辅助组和专业治疗师组）对系统进行功能测试,并对治疗前后患者的运动表现进行评定（Fugl-Meyer上肢运动功能评估和Wolf 运动功能的测试）。经过2周的治疗后,两组患者Fugl-Meyer上肢运动功能评分及Wolf 运动功能测试评定结果均较治疗前有明显进步,且计算机辅助组患者进步幅度大于专业治疗师组。以上实验结果表明,该系统对提高患者肩、肘关节活动度及上肢综合能力具有潜在的效果,可用于上肢运动功能的康复训练。     

基于CT三维重建个体化股骨假体的计算机辅助设计

背景:由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与患者骨骼之间的误差使二者难以很好匹配.计算机辅助设计和制造个体化假体克服了其他假体的缺点,可有效地延长人工关节的使用寿命和使用质量,并可能解决人工关节的翻修问题.国内的研究尚处于起步阶段.目的:基于CT图像的三维重建,探求个体化股骨假体计算机辅助设计在提高假体与病变骨骼匹配度中的作用.方法:CT扫描对象为1例健康男性志愿者,排除髋关节疾患.采用GE Speed Light 16排螺旋CT对股骨中上段进行层厚3 mm扫描,得到CT数据的二维图像,利用自主开发的数据格式转换软件将CT图像转换为bmp格式.对位图编辑预处理,用Mimics8.1软件进行矢量化处理,提取股骨内外轮廓.然后输入Mimics8.1和Rapidform2004三维反求工程软件中,生成股骨内外轮廓的特征曲线,重建股骨三维模型.将股骨髓腔的特征轮廓曲线dxf文件输入计算机辅助设计建模软件Solidworks2004中,以此股骨髓腔轮廓为基础,完成个体化股骨假体的设计.结果与结论:利用自主开发的数据格式转换软件,实现了CT图像信息的矢量转换.以CT二维图像为依据,进行三维反求,可获得精确的股骨内外轮廓三维实体模型.采用反求工程与正向计算机辅助设计相结合,可设计出匹配良好的个体化股骨假体.提示反求工程和计算机辅助设计技术为个体化假体的研制提供了一个有效可行的途径,解决假体与病变骨骼的良好匹配,可防止假体松动,提高其长期稳定性.     

网络环境下人体器官的三维重建及变形仿真

背景：利用何种模型何种算法对不同器官组织进行变形仿真,既可保证逼真性又可兼顾实时性,目前的设计都足在单机系统上实现。目的：为了实现基于网络的人体器官的变形仿真及交互,设计以人体器官肾脏为例,利用CT图像,在VRML平台上实现器官模型的三维重建。方法：利用质点弹簧模型建立肾脏的物理模型,实现变形计算。最后通过VRML外部编程接口EAl和Java-Applet进行通信,实现器官模型在任意位置、任意外力作用下的变形模拟。结果与结论：在CT图像的基础上实现了人体器官肾脏的三维重建．并利用质点弹簧模型实现了人体器官肾脏的变形模拟。借助于JAVA和VRML的结合,实现了网络环境下肾脏的变形仿真,用户只需在网页界面中输入作用力的大小和作用位置点的序列,即可得到肾脏变形情况的场景。研究虽仅以简单的拉伸和挤压变形为例,其他变形亦可通过类似的方法实现。实验为人体器官的变形和虚拟手术系统的网络交互功能的实现提供了一种思路。     

脑组织血氧参数微创在位测量系统的研究

构建了一个可以微创在位测量脑组织血氧饱和度的测量系统,主要元器件包括一个USB光纤光谱仪、一个卤素光源和一个双光纤小距离探头.系统定标方法是利用悬乳液和全血的混合溶液作为生物组织模型,建立组织模型在不同SO2下可见光区实时吸收光谱与血氧分析仪所测SO2数据的样本集,建立可见光区血液吸收光谱特征与血氧饱和度的经验公式.最后利用该系统获得了10只大鼠不同深度脑组织的SO2,实验误差为±5%.     

基于Azure Kinect骨骼追踪的腕关节活动度测量方法

目的 使用体感捕捉设备Azure Kinect,实现腕关节活动度的自动测量。