激光扫描三维特征提取的临床应用及主要技术研究

背景：三维测量技术在逆向工程、质量检测、虚拟现实等各种领域的广泛应用,也逐渐进入到医学领域。选择安全、准确、快速、具有较高性价比的测量方法,可获得满足临床需求的测量数据,提供精确的手术模拟效果。目的：综述激光扫描与三维特征提取技术在临床中的应用,并对应用中的主要技术进行分析。方法：由第一作者检索2000/2009中国期刊全文数据库(http://ckrd.cnki.net),万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn)及ScienceDirect数据库(http://www.sciencedirect.com)中已发表的关于利用激光扫描进行三维特征提取以及在临床中应用的文献,中文检索词为“激光扫描,三维重建,临床应用”,英文检索词为“laser scanning, three-dimensional reconstruction, clinical application”。结果与结论：激光扫描进行三维特征提取完全能够满足临床要求,并已经广泛用于口腔正畸学、额面外科、整形设计、矫形设计、康复研究等领域,并且相比于CT,MRI等传统方法,具有快速、精确,对人体无伤害的优点;通过对利用激光扫描进行特征提取主要技术的研究,发现相关技术可以很好的满足临床要求,但是也存在一些问题,比如进行数据分块需要通过交互方式或迭代方式给出,不能自动分块;重构物体是由许多面片组成,这些面片对于造型处理起来也不直观;发展基于集成的逆向工程技术,包括测量技术、基于特征和集成的模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术以及如何快速准确的提取特征等都是以后研究的主要内容。     

腹腔镜模拟手术三维纠偏系统的研究

目的基于腹腔镜模拟手术训练缺乏有效的训练系统的问题,本文采用双目视觉系统设计了一种腹腔镜模拟手术三维纠偏系统,以达到将原设定切割路径呈现在程序界面,同时实时显示手术刀尖端切割路径,并实现纠正切割路径。方法在Visual Studio 2010软件平台上对Micron Tracker进行二次开发,调用Micron Tracker函数库进行Marker点的识别,采用拉格朗日拟合算法拟合出原定路径,通过逐一调用器械尖端坐标画出器械尖端走过的轨迹。结果使用纠偏系统的A组志愿者和不使用纠偏系统的B组志愿者之间的偏移量比较得出:A组的25次实验整体X轴和Y轴正负平均偏移量均小于B组的偏移量;A、B两组第1次和第5次实验相比,正负平均偏移量均显著减少(P0.05),且随着受试者操作次数的增加偏移量呈减小的趋势;对A、B两组的正负偏移量进行方差分析,可得因素(纠偏系统)对实验指标(偏移量)有显著影响(FF-crit)。结论本研究设计的纠偏系统能有效减少培训者在培训过程中的偏移量及培训时间,提高培训效率。     

基于脑电信号腹腔镜手术培训的实时疲劳分析

实时评价模拟腹腔镜训练者训练时的疲劳值,并分析疲劳与训练效果的关系。基于MATLAB平台设计了数据采集模块和疲劳分析模块。在训练过程中,Brainlink采集脑电数据,通过蓝牙将数据发送到数据采集模块,然后通过盲源分离的方法去除伪迹,应用小波变换提取4种节律波,采用马氏距离的半监督回归模型得出疲劳值。采用ROC曲线确定模型的阈值,当超过阈值时表示疲劳事件发生,报警提示终止训练;利用Tobii眼动仪采集眼动信号,计算完成时间,错误数,注视点个数,注视时间百分比以及注视/眼跳时间百分比来评价训练效果。在1~6次训练中,疲劳值略微上升但疲劳还未发生时,训练效果逐渐变好;在7~15次中,疲劳值略微上升,训练效果趋于稳定;在16~20次中,疲劳值呈上升趋势,疲劳发生时,训练效果下降。训练者的疲劳程度对训练效果有一定的影响。当疲劳发生时,训练效果下降,当疲劳值达到疲劳阈值10时,应终止训练。     

面部软组织二维与三维特征提取系统的比较**☆

临床医学中常需要对复杂的面部形态进行特征提取与测量。文章比较了利用CCD进行面部软组织图像采集获得二维特征参量和利用逆向工程技术的激光面部软组织三维数据提取三维特征的两种方法,分析各自的原理、系统组成、标定方法与各自特点,利用这两种方法对30人进行了面部二维和三维特征数据提取比较,得出了两种方法的适用条件与限制。试验结果可为整形设计、面瘫、脸部外科手术评估、康复研究等临床应用提供参考。     

手术刀刃口磨削关键技术研究

为了实现对手术刀刃口复杂曲线加工，本文结合加工几何特性及精度要求确定走刀步长，采用进让式进给磨削，减小砂轮运动轨迹与工件几何曲线的误差，提高了加工精度。编制了仿真程序对加工轨迹进行误差分析，证明了该方法是可行的、有效的。     

正电子发射计算机断层显像/核磁共振：分子影像学技术新进展

背景：正电子发射计算机断层显像(PET)从分子水平反映细胞代谢和功能变化,MRI有更高的软组织对比度和空间分辨率,且无电磁辐射。近年来,随着多模式成像技术飞速发展,作为刚刚应用于临床的多模式分子成像技术,PET/MRI融合显像可提供分子、形态与功能信息,有关研究已成为分子影像领域的关注焦点。 目的：就目前PET/MRI研制存在的问题和进展情况做一综述,并展望其潜在的临床和科研价值。 方法：由第一作者应用计算机检索CNKI数据库、Springerlink数据库、Pubmed数据库相关文献。检索时间范围：2000年1月至2012年6月。英文检索词：“PET/MRI”和“multimodality imaging or image fusion”,中文检索词：“分子影像学”和“图像融合”。选择内容与PET/MRI多模式成像相关的文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章,共纳入53篇文献。 结果与结论：已有的研究成果表明,PET/MRI较传统显像手段和其他成功的多模式成像技术,如PET/CT和SPECT/CT有更多、更新的应用优势,并已积累临床前和初步临床应用的经验,PET/MRI具有广阔的发展空间,有望将分子影像技术的发展带入一个新的时代,为临床诊断掀开新的篇章。     

基于HoloLens的增强现实技术在穿支皮瓣手术中的应用研究

本研究旨在增强现实(augmented reality,AR)导航系统在穿支皮瓣手术中的应用,从三维注册方法以及模拟医生在动、静不同状态下,探究这两种因素对注册精度的影响,开发了基于HoloLens的AR手术导航系统,包括两种三维注册方法:基于识别图的AR注册方法和交互式无标识的AR注册方法。为客观验证AR手术导航系统的注册精度,本研究对注册精度的测试方法进行了研究,使用Micron Tracker对虚实测试点的三维坐标进行测试与分析。基于识别图的注册方法,其总误差、静态注册误差、头部转动注册误差及走动注册误差分别为(3.98±0.19)、(3.78±1.57)、(4.23±1.27)、(3.92±1.32) mm;基于交互式无标识注册方法,其总误差、静态注册误差、头部转动注册误差及走动注册误差分别(6.56±0.80)、(5.60±0.53)、(6.52±1.14)、(7.57±1.09) mm。结果表明,基于识别图的注册方法精度更高,表现最佳。两种注册方法的静态注册误差均小于动态注册误差,说明转动头部及走动对注册精度有显著的影响。     

欧盟医疗器械监管方式对我国的启示

通过对欧盟及我国医疗器械法规在操作层面的分析研究,阐述了两种模式的各自优势与不足,并结合我国的现状,提出一个适合于我国国情的可操作化的法规监管模式。     

集成逆向工程系统进行人体造型的功能与信息模型分析

目的:对基于集成逆向工程系统的人体三维造型过程进行系统分析,为快速高效建立人体三维模型提供技术支持。方法:从系统建模的角度,采用系统分析的方法,建立基于集成逆向工程系统进行人体造型设计的功能模型与信息模型,并在上海理工大学人体测量与生物力学实验室对人体面部石膏模型与尸骨等部分复杂曲面进行三维重建。结果:利用本文提出的系统功能模型与信息模型可快速实现人体三维模型重建,精度可达0.1mm,满足临床医学的需求。结论:通过系统分析人体三维造型过程,可以为医生与生物医学工程师理解此系统并高效地建立人体模型提供保证。     

人眼周边视野缺陷的定量分析方法研究

目的:对周边视野检查常常是根据临床经验判断病眼周边视野病变的大小及位置,存在主观影响。人眼周边视野缺陷定量分析方法可以减少人为因素的影响。方法:①周边视野检查采用的是弧形板视野计,对传统的仪器进行了改造,将记录针改为记录笔,在记录纸上记录一系列离散的点图,用CCD数字照相系统将纸记录转化为数字图像。②利用禁忌搜索算法对离散点进行搜索,找到病眼周边视野曲线,并将病眼视野曲线同标准视野曲线进行比较,得到视野缺陷图。利用图像处理中的区域标识与面积计算方法可得到视野缺损面积的定量结果。结果:①通过计算机可绘制周边视野图,将病眼曲线与标准曲线在同一视图中显示,或者将病眼的历次检查结果曲线在同一视图显示,便于医生对病情进展或治疗情况进行分析。②可以得到视野缺陷图,并可对视野缺陷面积进行定量分析。结论:此方法可以进行周边视野缺陷定量分析,为周边视野缺陷的准确分析提供可靠依据。