基于Java3D的虚拟飞机脑机交互应用系统设计

目的本文基于Java3D设计了虚拟飞机脑机交互（braincomputerinterface,BCI）应用系统．研究BCI对虚拟飞机的控制效果。方法通过TCP／IP协议将BCI中对脑电信号（electroencephalogram．EEG）分析处理的结果传给Java3D应用系统,进而将结果转换成对应的控制命令,实现实时控制虚拟飞机的飞行,可以直观反映并检验BCI的控制效果。应用系统的设计分为两个步骤：一是搭建三维虚拟场景,其中包括建立场景模型和设计场景的布局;二是虚拟飞机飞行控制的设计,以实现飞机前进和旋转的飞行控制。结果本应用系统能够实时正确通过TCP／IP接收EEG信号的分析结果,实时控制虚拟飞机的连续飞行运动。结论初步验证了Java3D应用系统的可行性,为BCI应用系统的设计提供了新的方法和发展方向。     

3D影片中深度信息与观看者疲劳度的关联研究

通过采集志愿者观看不同深度信息的3D影片时的脑电数据,来研究影片的深度信息对观看者疲劳产生的影响。本研究选取了10名健康的男性志愿者,分别观看5部不同深度信息的3D影片片段,记录其观看前后的脑电信号。通过计算观看前后各频带的功率谱,得出疲劳因子R=(P_α+P_θ)/P_β的比值变化情况。设计了问卷,定性了解志愿者的疲劳程度,并用统计学方法分析了深度信息和对应R值、主观疲劳值两者之间的关系。结果表明,在观看不同深度信息的3D影片后,全部志愿者主观反映眼部出现沉重、酸胀、刺痛等疲劳症状和其他不适,并且有14个导联的R值上升,在导联F4、C4、F7尤其明显。结论是：（1）深度信息与疲劳度有密切的关联性,平均深度信息和标准差越大,也越容易产生疲劳;（2）相同深度信息的交叉视差比非交叉视差更能引起疲劳;（3）疲劳因子R值与主观疲劳问卷可以作为观看3D影片疲劳评估的一个参考指标。、     

基于脑电信号溯源分析的观看3D电视导致大脑疲劳研究

随着3D电视显示技术的普及,观看3D电视产生的大脑疲劳问题越来越受到关注。初步探讨长时间观看3D电视导致大脑疲劳的机理。采集20名受试者(男女比例1:1)分别连续观看1 h 3D或2D影片前后各5 min的脑电信号,并使用主观疲劳问卷量表评估被试观看前后的疲劳状况。利用希尔伯特变换的方法,分析脑电各通道信号之间的同步性,探讨脑电信号的空间特性,并对观看2D/3D电视前后脑电信号进行溯源分析。主观疲劳问卷量表评估发现,长时间观看3D电视大脑会出现显著疲劳症状(P<0.01)。脑电信号溯源分析发现,长时间观看2D/3D电视后大部分脑区各频段电流源密度有所减小,但统计结果无显著性差异(P>0.05)。然而,观看3D电视后,枕叶在β₂频段电流源密度显著增强(P<0.01),且观看3D电视后枕叶显著增强部分与主观疲劳因子显著相关(P<0.01)。观看3D电视后与观看2D电视后相比,缘上回(BA40),枕叶(BA18,BA19)和中央后回(BA3)等与空间视觉信息处理相关区域在β₁频段电流密度分布显著增强(P<0.05),处于相对较活跃状态。因此,研究结果可以推测,长时间观看2D/3D电视后大脑会出现疲劳症状,相比观看2D电视,观看3D电视会加大枕叶和缘上回等局部脑区的处理负担,这可能是长时间观看3D电视更容易产生脑疲劳的原因。     

基于3ds Max技术内耳模型的3D打印

目的利用3ds Max软件制作内耳模型,然后用熔融沉积型3D打印机进行内耳模型打印。方法首先用3ds Max软件以网格化修饰构建内耳模型,经Repetier-Host软件处理后利用熔融沉积型3D打印机进行打印。结果利用3ds Max软件制作的内耳模型可以通过熔融沉积型3D打印机打印内耳解剖模型,并能清晰显示内耳的解剖结构。结论将3ds Max技术与熔融沉积型3D打印机相结合进行人体解剖模型打印可以成功打印出人体解剖模型。     

观看3D电视中正负视差图片的脑电信号研究

采集记录志愿者在观看正负视差图片时的脑电信号,探究3D产品的相关参数。用自行搭建的测试系统,对10名志愿者用正负视差图片刺激,记录其脑电信号数据,采用独立成分分析方法(ICA)来处理其脑电信号,并用统计学的相关方法分析脑电与图片刺激之间的关系。结果表明,志愿者在分别观看正负视差的3D图片后,其脑电信号变化表出现明显不同,经分析发现,观看负视差图片时所有导联的Pα/Pβ比值比观看正视差图片时要小,且导联T4、FCz、C3、Pz具有统计学意义。观看负视差图片比正视差图片更能引起人体兴奋;Pα/Pβ的比值可以作为检测3D影像作品的一个参考指标。     

基于Java3D的脑机交互应用系统设计

目的 为在理想环境下研究脑机交互（brain computer interface,BCI）系统,并为系统的实际应用开发做铺垫,本文基于Java3D设计了脑机交互应用系统.方法 EEG信号经分析处理后转换成的实时控制命令,通过TCP/IP协议传给Java3D应用系统,实时控制虚拟小车运动.该应用系统的设计分三步：首先搭建虚拟场景,包括对场景模型的建立以及对场景的布局设计;其次设计虚拟小车的运动,实现小车前进和旋转的连续运动;最后对场景中的模型配置进行碰撞检测,用基于运动想象的EEG分析结果实时控制小车运动,检验本系统的功能.结果 EEG信号可以实时控制虚拟小车进行连续运动,且碰撞检测功能正常.结论 研究结果初步证明该应用系统的可行性,为BCI应用系统的设计提供了新颖思路并奠定了良好基础.     

3D打印应用于髋臼骨折数字化设计的实验研究

目的　探讨髋臼骨折数字化设计及实施的可行性方案并以3D打印技术进行验证。  方法    采集52例临床髋臼骨折薄层CT扫描数据,在Mimics14.0中进行三维建模和虚拟骨折复位并在复位模型上优化预设植入钢板位置和虚拟钉道模拟、测量钉道长度,三维切割预设植入钢板部位骨块并3D打印,据此进行钢板折弯。将所有骨折块进行3D打印为实体模型结合折弯钢板进行内固定植入模拟。将钢板现实位置、螺钉方向和长度同数字化设计比较。  结果    总植入61根重建钢板,螺钉424颗,钢板植入位置和螺钉植入方向均与数字化设计高度吻合,钉道长度与数字化设计进行配对t检验,P=0.325。  结论    （1）数字化设计结合3D打印技术能在术前完成重建钢板折弯并进行手术模拟,折弯钢板模拟植入位置、螺钉植入方向、长度和虚拟设计高度一致。（2）术前折弯重建钢板对骨折复位有一定的指导价值。     

观看3D影像所致不适感的脑电功率谱特征分析

采集受试者脑电并进行分析,进而研究观看3D影像所致不适感反映在脑电中的特征信息,探讨脑电的功率谱特征与3D影像所致不适感之间的关联。采用2D和3D对比的方法,采集受试者观看2D影像和3D影像前、中及休息一段时间后的脑电,对两种观影条件下各时段的脑电信号进行功率谱及重心频率计算,进行统计学t检验,并设计主观感受信息问卷,作为脑电结果的对照分析。观看3D影像组的脑电功率谱在整个脑区都比2D影像组低,其重心频率在额叶区也较低,且存在显著性差异(P<0.05);而在休息后两者的脑电功率谱之间不存在显著性差异(P>0.05);此外,观看2D影像和3D影像均使主观感受信息的得分降低,且3D降低更多,但是两者之间没有显著性差异(P>0.05)。结论:脑电功率谱及重心频率与观看3D影像所致不适感有较强的相关性,相比于观看2D影像、观看3D影像时脑电功率谱及重心频率降低,其所致不适感通过主观感受问卷也可体现。脑电功率谱特征结合主观感受信息的分析,为研究评价观看3D影像所致感的指标提供了一定的基础数据。     

基于有限元分析的3D打印脊柱侧弯矫形器局部优化设计

目的 对计算机辅助设计的3D打印脊柱侧弯矫形器进行优化设计,从而使其实现具有良好力学强度和模型轻量化等优点。方法 利用手持式三维扫描仪对志愿者躯干体廓进行扫描,构建志愿者体表模型;根据三点力原理、牵引及免荷原理,对志愿者体表模型进行修型,设计出压力区和释放区,初步设计出脊柱侧弯矫形器模型;采用正交试验方法 对32种不同尺寸的镂空组合进行局部优化对比研究,根据优化结果 ,对脊柱侧弯矫形器模型进行镂空处理和生物力学分析,对比镂空设计的3D打印脊柱侧弯矫形器的应力分布,验证矫形器模型的优化效果。结果 采用半径为9 mm的圆孔和间距23 mm的局部镂空优化设计（局部减重约40%）,可得到质量更轻、透气性更好和足够强度的3D打印脊柱侧弯矫形器。结论 基于有限元生物力学分析,采用非压力区域的局部圆孔镂空优化设计,可以实现3D打印脊柱侧弯矫形器的打印材料减少、透气性增加等优点,最终可提高患者的穿戴舒适度和依从性。     

基于3D深度残差网络和多模态MRI的脑胶质瘤自动分级

目的:利用3D深度残差网络和多模态MRI实现对脑胶质瘤的自动分级。方法:利用BraTS2020公共数据集的293例高级别胶质瘤（HGG）和76例低级别胶质瘤（LGG）的多模态MRI数据训练和测试3D深度残差卷积网络模型。多模态MRI图像经过3D剪裁、重采样和归一化的预处理,随机分组为训练（64%）、验证（16%）和测试（20%）样本,将预处理后的多模态MRI图像和分级标注输入到网络模型进行训练、验证和测试。利用准确率（ACC）和受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）评价分级结果。结果:在59例（48例HGG和11例LGG）验证数据集上,ACC和AUC分别为0.93和0.97,在75例（62例HGG和13例LGG）测试数据集上,ACC和AUC分别为0.89和0.93。结论:3D深度残差网络在多模态MRI数据集上获得了较好的脑胶质瘤自动分级结果,可以为确定治疗方案和预测预后方面提供重要参考。     

A Web platform for the interactive visualization and analysis of the 3D fractal dimension of MRI data

This study presents a Web platform (http://3dfd.ujaen.es) for computing and analyzing the 3D fractal dimension (3DFD) from volumetric data in an efficient, visual and interactive way. The Web platform is specially designed for working with magnetic resonance images (MRIs) of the brain. The program estimates the 3DFD by calculating the 3D box-counting of the entire volume of the brain, and also of its 3D skeleton. All of this is done in a graphical, fast and optimized way by using novel technologies like CUDA and WebGL. The usefulness of the Web platform presented is demonstrated by its application in a case study where an analysis and characterization of groups of 3D MR images is performed for three neurodegenerative diseases: Multiple Sclerosis, Intrauterine Growth Restriction and Alzheimer’s disease. To the best of our knowledge, this is the first Web platform that allows the users to calculate, visualize, analyze and compare the 3DFD from MRI images in the cloud.     

A semi-automated method using interpolation and optimisation for the 3D reconstruction of the spine from bi-planar radiography: a precision and accuracy study

The 3D reconstruction of the spine in upright posture can be obtained by bi-planar radiographic methods, developed since the 1970s. The principle is to identify 4–25 anatomical landmarks per vertebrae and per images. This identification time is hardly manageable in clinical practice. A semi-automated method is used: 3D standard vertebral models are positioned along with a 3D curve (identified all the way through the vertebral bodies). The silhouettes of the models of C7 and L5 vertebrae are first adjusted and the positions of the other vertebrae are interpolated and optimised. The inter- and intra-operator variabilities and the errors between the semi-automated method and the manual identification of six anatomical landmarks per vertebra are evaluated on 20 pairs of X-ray images of subjects with different spinal deformities. The identification time for the semi-automated method is 5 min. For scolitic subjects, the precision is under 2.2° and the accuracy is under 3.2° for all lateral, sagittal and axial rotations.     

High-resolution episcopic microscopy: a rapid technique for high detailed 3D analysis of gene activity in the context of tissue architecture and morphology

We describe a new methodology for rapid 2D and 3D computer analysis and visualisation of gene expression and gene product pattern in the context of anatomy and tissue architecture. It is based on episcopic imaging of embryos and tissue samples, as they are physically sectioned, thereby producing inherently aligned digital image series and volume data sets, which immediately permit the generation of 3D computer representations. The technique uses resin as embedding medium, eosin for unspecific tissue staining, and colour reactions (β-galactosidase/Xgal or BCIP/NBT) for specific labelling of gene activity and mRNA pattern. We tested the potential of the method for producing high-resolution volume data sets of adult human and porcine tissue samples and of specifically and unspecifically stained mouse, chick, quail, frog, and zebrafish embryos. The quality of the episcopic images resembles the quality of digital images of true histological sections with respect to resolution and contrast. Specifically labelled structures can be extracted using simple thresholding algorithms. Thus, the method is capable of quickly and precisely detecting molecular signals simultaneously with anatomical details and tissue architecture. It has no tissue restrictions and can be applied for analysis of human tissue samples as well as for analysis of all developmental stages of embryos of a wide variety of biomedically relevant species.