KINECT體感交互技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像教學(xué)中的應(yīng)用及展望

張岱 顧恒成 陳懿 汪鎧鈴

摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)也由傳統(tǒng)的X光發(fā)展出現(xiàn)代的CR、DR、CT、MRI等多種新興技術(shù)，這也對(duì)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)教學(xué)的發(fā)展提出了與時(shí)俱進(jìn)的要求。但是目前CT、MRI等技術(shù)所需設(shè)備動(dòng)輒幾百甚至上千萬(wàn)元，在開設(shè)該專業(yè)的職業(yè)院校沒有醫(yī)學(xué)附屬醫(yī)院支持的情況下，很難花費(fèi)巨資去購(gòu)買此類設(shè)備進(jìn)行理論教學(xué)及實(shí)訓(xùn)教學(xué)。因此本文旨在探討利用目前微軟的kinnect體感設(shè)備及其技術(shù)進(jìn)行影像學(xué)教學(xué)的可行性，即利用低廉可編程的成熟體感交互技術(shù)來替代高昂的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備進(jìn)行教學(xué)。促進(jìn)教學(xué)研究的發(fā)展。并且可以改變教學(xué)模式，將傳統(tǒng)的教學(xué)模式向體驗(yàn)式教學(xué)模式改變。

關(guān)鍵詞：Kinect ;人機(jī)交互;醫(yī)學(xué)影像教學(xué)

一、傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像課程的一般課程流程及教學(xué)思路

1、傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像課程的一般課程流程

2、傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像課程教學(xué)開展中的重難點(diǎn)問題

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像課程是基于醫(yī)院影像科放射技術(shù)崗位X攝影具體工作過程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的。重點(diǎn)圍繞“為什么要拍（攝影目的）、怎么拍（攝影過程）、拍到了些什么（影像顯示）”三個(gè)方面實(shí)施教學(xué)。

一般院校傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像課程受教學(xué)設(shè)備和場(chǎng)地的限制，教學(xué)的難點(diǎn)在于如何盡可能地還原X攝影具體工作崗時(shí)，學(xué)生實(shí)際需要進(jìn)行的操作。特別是如何正確地?cái)[放體位，直接影響了最終成像的質(zhì)量。結(jié)合高職院校學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)，很難用抽象的概念或者口述代替實(shí)際的演示和操作。

3、傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像課程的一般解決思路

（1）借助多媒體投影，對(duì)比文字，能更形象的加深學(xué)生理解，強(qiáng)化學(xué)生的記憶。

（2）利用模具進(jìn)行或真人模擬進(jìn)行實(shí)操，實(shí)際的操作能夠讓學(xué)生熟悉工作崗位上的實(shí)際操作，更深刻的理解、記憶醫(yī)學(xué)影像拍攝過程的操作。

（3）以上解決思路的局限性

以上方法雖然能部分解決教學(xué)過程中的難點(diǎn)問題，但仍然有其局限性。從以上示例可以看出多媒體投影在實(shí)施教學(xué)時(shí)，可以清晰的顯示骨骼拍攝后的圖像，但作為二維靜態(tài)的圖片很難直觀的向?qū)W生演示拍攝影像時(shí)體位擺放的變化。而模具和真人模擬的缺點(diǎn)在于：1、容易受場(chǎng)地和設(shè)備的限制，2、不能直觀的表現(xiàn)骨骼的成像以及體位變化時(shí)骨骼成像的變化。

二、kinect簡(jiǎn)介及骨骼跟蹤原理

1、kinect的基本原理

Kinect 是 Xbox 360 外接的 3D體感攝影機(jī)，其交互原理利用了基于激光散斑的結(jié)構(gòu)光技術(shù)來進(jìn)行動(dòng)作捕捉。

激光散斑指的是激光在散射體表面發(fā)生漫反射時(shí)，物體附近的光場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生的一種隨機(jī)分布的亮暗斑點(diǎn)圖案。

當(dāng)光源固定時(shí)，被照射的物體產(chǎn)生的散斑圖案取決于它與光源的相對(duì)位置。因此我們可以通過記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)每個(gè)時(shí)刻的散斑圖案來計(jì)算每個(gè)時(shí)刻下物體相對(duì)光源的位置。當(dāng)每個(gè)時(shí)刻間隔時(shí)間足夠短時(shí)，我們就可以精確地捕捉物體的移動(dòng)軌跡。根據(jù)微軟公司的數(shù)據(jù)顯示，Kinect在物體距離攝像頭1-4m時(shí)，其動(dòng)作捕捉精度可達(dá)±4cm。

2、骨骼跟蹤原理

基于上述基本原理，Kinect建立了骨架追蹤系統(tǒng)。它通過收集范圍內(nèi)所有表面每一點(diǎn)的相對(duì)物理距離，形成了一幅代表周圍環(huán)境的景深圖像。傳感器最快可以以每秒30幀的速度生成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的景深圖像流，實(shí)時(shí) 3D地再現(xiàn)周圍環(huán)境。利用可辨識(shí)人體部位的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)（Exemplar系統(tǒng)），識(shí)別景深圖像中特定像素是否屬于人體部位。通過評(píng)估該系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，kinect可以最終確定人體的骨骼點(diǎn)，并將追蹤到的20個(gè)骨骼點(diǎn)生成人體的骨骼系統(tǒng)。其成像延時(shí)受景深圖像的復(fù)雜程度影響，在0.2-0.5s之間。

20個(gè)骨骼點(diǎn)分別為：hip centre-臀部中央; spine- 脊柱：shoulder centre-肩膀中央;head-頭; shoulder left-左肩;elbow left-左肘：wrist left-左腕;hand left-左手;shoulder right-右肩;elbow right-右肘;wrist right-右腕：hand right-右手;hip left-左臀;knee left-左膝;ankle left-左踝：foot left-左腳;hip right-右臀;knee right-右膝;ankle right-右踝;foot right-右腳。

三、基于kinect的課程難點(diǎn)解決思路

利用kinect的骨架追蹤系統(tǒng)，我們可以相比傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像課程解決方案更好的完成教學(xué)：

1、對(duì)比多媒體教學(xué)，同樣可以形成清晰骨骼影像，kinect骨架追蹤系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)地成像，可以讓學(xué)生實(shí)際操作，訓(xùn)練過程中加深印象。

2、對(duì)比模具和真人的實(shí)訓(xùn)，kinect的操作實(shí)訓(xùn)對(duì)于場(chǎng)地的要求更小，而且能夠形成清晰的骨骼影像，能夠及時(shí)有效的反饋學(xué)生操作的結(jié)果，讓學(xué)生更真實(shí)的理解醫(yī)學(xué)影像操作的實(shí)際結(jié)果。

四、基于kinect的實(shí)際教學(xué)案例設(shè)計(jì)

以在《醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)》第三章第三節(jié)《腕關(guān)節(jié)正位X線攝影》為例，

五、結(jié)語(yǔ)

本文嘗試將基于kinnect的體感技術(shù)融入到日常教學(xué)中，實(shí)時(shí)展現(xiàn)人體各個(gè)骨骼點(diǎn)之間的相對(duì)位置和變化，讓老師在進(jìn)行影像檢查實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)更為實(shí)時(shí)、直觀，從而達(dá)到提高教學(xué)效果的目標(biāo)。未來還可以沿著這一技術(shù)路徑進(jìn)一步研究相關(guān)應(yīng)用，達(dá)到即利用低廉可編程的成熟體感交互技術(shù)來替代高昂的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備進(jìn)行教學(xué)的目的。