基于图像融合技术的经络穴位实时三维可视化研究

论文摘要

中医上说，经络是运行气血、联系脏腑和体表的通道，是人体功能的调控系统。经络学说是人体针灸和按摩的基础，是中医学的重要组成部分，祖国医学基础理论的核心之一，在两千多年的医学长河中，一直为保障中华民族的健康发挥着重要的作用。传统中医对经络的描述主要停留在主观经验的水平上，缺乏客观严谨的研究手段和理论支持，导致中医理论迟迟得不到西方医学界的认同。研究经络的定位与显示，对于临床诊断、治疗和疗效的评估具有重要的临床应用价值，在中医的临床教学中同样具有重要价值。随着计算机技术的发展，图像融合技术、计算机图形学和计算机视觉的大量研究和应用，提出了三维可视化技术。由于基于计算机的可视化人体反映了丰富的解剖细节，能够给予医务人员以直观的感觉，从而提高医疗诊断和治疗规划的准确性与科学性，医学图像三维可视化近来成为医学成像发展的热点。但是三维可视化目前还没有涉及到针灸等知识。因此，分析皮肤表面阻抗分布并将其描绘为体表分布图形，体现人体局部经络穴位，并融合显示于现场采集的人体体表场景图像上，这将对指导中医教学和临床治疗，提高医疗诊断和治疗规划的准确性与科学性具有非常重大的意义。本文提出一种方法，利用磁场跟踪仪Wintracker的接收传感器附着于探测电极上来获取人体经络穴位三维数据，并实时提取摄像机的三维位置信息，使三维的人体经络点融合于摄像机现场采集的二维人体体表图像上。在人体经络线与现场图像的融合过程中，先调用OpenCV相关函数实现摄像机标定，再实时定位摄像机，通过标定结果和摄像机位置信息将经络的三维坐标转换为图像上的二维坐标，从而实现人体经络的三维可视化。采用基于Windows的Visual C++.Net2005平台进行程序开发，实现了人体经络三维坐标的采集与传送、摄像机定位、现场场景图的采集，通过数据处理获得了投影矩阵M，进而实现图像融合。对于图像融合中的配准问题，本文主要采用坐标变换进行补偿，并考虑摄像头畸变、标定模板与摄像机的相对位置、模板图像张数以及灯光等因素的影响。本文利用经络穴位的低阻特性与图像融合技术，构建了一种新颖的经络穴位三维可视化方法，为临床诊断治疗和基础教学提供了更直观的分析依据。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 课题研究进展
• 1.3 论文主要内容与结构
• 第二章 系统工作原理
• 2.1 经络简介与阻抗特性
• 2.1.1 经络简介
• 2.1.2 经络阻抗特性
• 2.2 摄像机标定
• 2.3 图形变换
• 2.4 系统坐标变换原理
• 2.4.1 针孔摄像机模型
• 2.4.2 坐标变换原理
• 本章小结
• 第三章 系统整体设计
• 3.1 系统研究目标
• 3.2 系统整体架构
• 3.3 硬件设计
• 3.4 软件设计
• 本章小结
• 第四章 系统数据实时采集与处理
• 4.1 经络通道数据的采集
• 4.2 磁接收器三维数据的采集与传送
• 4.2.1 磁场跟踪仪 Wintracker 简介
• 4.2.2 磁接收器三维数据的采集
• 4.2.3 磁接收器三维数据的传送
• 4.3 经络点三维坐标配准
• 4.4 摄像机位置数据实时采集
• 4.5 场景图像的实时采集
• 4.5.1 CCD 摄像机和图像采集卡 DH-CG410 简介
• 4.5.2 场景图像的实时采集
• 本章小结
• 第五章 摄像机标定
• 5.1 摄像机标定理论
• 5.1.1 摄像机标定方法
• 5.1.2 摄像机标定原理
• 5.1.3 影响标定精度因素
• 5.2 系统摄像机标定方法
• 5.2.1 设计方法
• 5.2.2 基于 OpenCV 的摄像机标定
• 5.2.3 摄像机标定流程
• 5.2.4 核心函数及变量
• 本章小结
• 第六章 图像融合
• 6.1 摄像机相对位置坐标的确定
• 6.1.1 采集不同坐标系的位置信息
• 6.1.2 空间坐标系之间的信息传递
• 6.1.3 摄像机相对位置计算流程
• 6.2 图像融合流程
• 6.2.1 摄像机的实时定位
• 6.2.2 经络点从世界坐标系投影到图像二维坐标系
• 6.2.3 坐标转换
• 6.2.4 经络线融合于现场场景图
• 本章小结
• 第七章 系统整体安装与测试
• 7.1 系统运行环境
• 7.1.1 系统运行的硬件环境
• 7.1.2 系统运行的软件环境
• 7.2 系统安装调试和注意事项
• 7.2.1 系统安装
• 7.2.2 系统调试
• 7.2.3 注意事项
• 7.3 系统整体测试
• 7.4 实验结果与数据分析
• 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 系统创新点
• 8.3 不足之处与未来工作展望
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历，在学期间的研究成果以及发表论文