多传感器信息融合技术在虚拟中医正骨手法系统中的应用研究

论文摘要

目的:针对当前传统中医正骨手法科学化、客观化的发展趋势和需求,以及挽救和有效传承中医正骨手法的急迫性,设计一种虚拟中医正骨手法系统,有效克服由于中医正骨手法病例案例的随机性带来的诸多不便,实现将临床中碰到的常见病例、疑难病例、典型病例、罕见病例的治疗方法和过程生动再现,并科学的分析正骨手法复位过程中的多个物理量,有利于培养医学院校的学生和青年医生,有利于将中医正骨手法发扬光大。方法:以Lab VIEW平台为软件基础,结合虚拟仪器、电子学、计算机科学以及信号处理等现代化技术,设计实现一种基于虚拟仪器技术的虚拟中医正骨手法系统。本文主要介绍运用信息融合技术中的扩展卡尔曼滤波算法,分析在虚拟环境下中医正骨手法中骨折断端远心端的位置、位移以及骨折远端相对移位生理角度等物理量,进行虚拟正骨手法中骨折断端远心端的轨迹模拟。成果:成功分析了在虚拟环境下中医正骨手法中骨折远端的位置、位移以及骨折远端相对移位生理角度等物理量,进行了虚拟正骨手法中骨折断端远心端的轨迹模拟,为虚拟中医正骨手法系统的实现奠定了基础。结论:研究表明,轨迹模拟的实现可以科学、快速、准确的提供用户所需信息,将中医正骨手法科学的数字化,为中医正骨手法提供了一种实用的、可记录的研究平台,达到了预期目标。

论文目录

• 提要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 中医正骨手法的发展趋势
• 1.2.2 现代骨伤虚拟系统的国内外研究现状
• 1.2.3 多传感器信息融合技术在医学上的国内外研究现状
• 1.3 存在的问题与需求
• 1.3.1 中医正骨手法虚拟仿真存在的问题
• 1.3.2 多传感器信息融合技术对虚拟中医正骨手法系统研究的需求
• 1.4 论文的主要内容与结构安排
• 第二章 国内外相关技术研究
• 2.1 虚拟现实技术分析
• 2.1.1 虚拟现实技术的概况
• 2.1.2 虚拟现实系统的组成
• 2.1.3 虚拟现实技术的特点
• 2.1.4 虚拟现实技术的关键技术
• 2.2 多传感器信息融合技术
• 2.2.1 多传感器信息融合技术的基本原理
• 2.2.2 多传感器信息融合技术的功能模型
• 2.2.3 多传感器信息融合技术的分类
• 2.2.4 多传感器信息融合技术的系统结构
• 2.2.5 多传感器信息融合技术的主要算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 虚拟中医正骨手法系统的整体结构设计
• 3.1 虚拟中医正骨手法系统整体的设计思想
• 3.2 硬件设计
• 3.2.1 机械模型结构功能
• 3.2.2 传感器的选择与安装
• 3.2.3 数据采集卡
• 3.2.4 PC 计算机
• 3.3 软件设计
• 3.3.1 数据采集和预处理
• 3.3.2 信息显示
• 3.3.3 数据存储
• 3.3.4 数据回放
• 3.4 系统功能
• 3.4.1 辅助骨伤训练
• 3.4.2 辅助临床治疗
• 3.4.3 辅助患者康复
• 3.4.4 辅助教学训练
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于多传感器信息融合的状态估计方法研究
• 4.1 卡尔曼滤波器
• 4.1.1 卡尔曼滤波器的简介
• 4.1.2 卡尔曼滤波器的模型
• 4.1.3 卡尔曼滤波器的计算方程组
• 4.2 EKF 滤波器
• 4.2.1 EKF 滤波器简介
• 4.2.2 系统的状态方程和测量方程
• 4.2.3 观测方程的线性变化
• 4.2.4 扩展卡尔曼滤波方程
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于多传感器信息融合的状态估计方法设计与实现
• 5.1 数学模型建立
• 5.1.1 系统的坐标模型设置
• 5.1.2 目标位置模型建立
• 5.1.3 目标计算模型建立
• 5.2 基于EKF 的状态估计
• 5.2.1 基于 EKF 状态估计的前提假设
• 5.2.2 基于EKF 状态估计的设计
• 5.2.3 基于EKF 的轨迹模拟实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表论文
• 详细摘要