面向BPPV的智能辅助诊断系统

作     者：孔令怡 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴俊;刘兆邦

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 10[医学] 

主      题：虚拟仿真 瞳孔追踪 BPPV 物理引擎 

摘      要：近年来,计算机辅助诊疗技术逐步发展,成为现代医疗服务领域比较热门的话题。多项属于计算机视觉中图像识别范畴的计算机仿真技术成为新的研究热点。针对人类疾病治疗的计算机模拟,增加了治疗手段的选择,也为现代医学增加了机遇和挑战。本文阐述了现有瞳孔追踪技术和物理仿真技术在医学仿真诊断方面的应用,包括传统瞳孔定位和刚体之间的物理碰撞,并针对现有算法和碰撞处理库将改进后的桌面系统部署至医疗器材中,完成良性阵发性位置性眩晕（Benign Positional Paroxysmal Vertigo,BPPV）辅助诊疗系统的搭建。临床上良性阵发性位置性眩晕的诊断方法是依靠特定的变位试验诱发各自具有特征性的眼震,但是目前这些检验手法都依赖于医生的临床诊疗经验,而通常BPPV诊断设备自带的眼震记录仪对瞳孔定位不精确,且矫正机没有带空间方向的半规管导航,以及缺乏对耳石运动状态的跟踪。针对上述情况,本文研究工作如下:（1）研究瞳孔中心定位技术。首先,分析现有瞳孔技术的优缺点,然后采用最小二乘法拟合,对瞳孔边界提取结果的每一组点集进行拟合,接着通过验证椭圆参数进行排除,以获得更好的椭圆拟合效果。经过去噪与拟合处理,并使用封闭式的眼震记录仪,去除了睫毛、环境等不良因素干扰,从而能获取更加准确的、实时的瞳孔位置。（2）研究耳石运动虚拟仿真应用。首先,使用图像引擎实现半规管与耳石模型的三维显示,然后绑定物理引擎库使模型具备物理特性,接着在矫正机上安装姿态传感器以获取欧拉角方向数据,实现虚拟与现实的结合。在现实诊断中,耳石下落位置的不可见与重复诱发眼震实验难免会造成病人的痛苦,而虚拟仿真技术的加入,能够帮助医生实时观察到半规管与耳石的运动状态,以实现较高效率的诊断。（3）设计并实现了辅助诊疗系统应用。结合QT、VS 2013、Bullet物理引擎库、Blender等工具开发具有实时模拟的半规管和耳石虚拟仿真技术和瞳孔追踪桌面系统。眼震记录仪中的数据将实时传输至该桌面系统,并进行实时瞳孔定位,同时显示半规管和耳石的运动状态。医生基于显示的瞳孔定位数据与耳石的位置,可以更为精准的诊断BPPV疾病的类型,从而达到提高BPPV诊出率、医疗设备利用率的效果。