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中华整形外科杂志 2021年第1期37卷 13-21页

作者：顾勤浩何乐人杨晨中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院整形七科 100144

目的设计一种基于标记点的实时动态耳廓三维影像导板,并对其进行评价。方法以1个商品化人头模型以及2019年8月于中国医学科学院整形外科医院招募的3名志愿者为研究对象,其中男性2名,女性1名,年龄24~27岁。运用ITK-SNAP 3.6.0和MeshLab软... 详细信息

目的设计一种基于标记点的实时动态耳廓三维影像导板,并对其进行评价。方法以1个商品化人头模型以及2019年8月于中国医学科学院整形外科医院招募的3名志愿者为研究对象,其中男性2名,女性1名,年龄24~27岁。运用ITK-SNAP 3.6.0和MeshLab软件(V 2016.12.23) 对3名志愿者的头颅CT图像进行三维重建,获得虚拟耳廓三维模型。通过人头模型论证标记点放置的最佳数量为3个,最佳位置为眉角、鼻尖及耳垂下点,利用这3个标记点将虚拟耳廓三维模型与对应的真实耳廓进行关联注册,通过投影仪将虚拟耳廓三维影像投射至对应的真实耳廓,红外线动态捕捉仪捕捉标记点位置变化对投射图像进行实时跟踪,通过计算注册后的重合误差率、跟踪过程中的重合误差率、投射图像变形率和追踪延迟度,评价实时动态耳廓三维影像导板的注册精准度、跟踪精准度、投射图像变形度及跟踪延迟度。结果注册后平均重合误差率为2.5%(正常人双侧耳廓大小差距为2.7%);在顺时针旋转30°内跟踪平均重合误差率小于2.7%;在顺时针旋转30°与逆时针15°范围内投射图像变形率小于2.6%,一定旋转角度范围内平均重合误差率和投射图像变形率小于2.7%,说明一定旋转角度范围内跟踪精准度高,投射图像变形度小,跟踪延迟时间均小于0.1 s,满足手术需求。结论成功构建了基于标记点的实时动态耳廓三维影像导板,其注册精准度高、跟踪精准度高、投射图像变形度小、跟踪速度快,为将来其应用于临床耳廓再造术打下基础。

关键词：先天性小耳耳廓成像三维增强现实影像导板

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基于标记点形成实时动态耳廓三维影像导板的实验研究

基于标记点形成实时动态耳廓三维影像导板的实验研究

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作者：顾勤浩北京协和医学院

学位级别：硕士

目的:运用增强现实技术设计一种基于标记点的实时动态耳廓三维影像导板,以用于耳廓再造术的术前设计和术中引导指导再造耳支架的定位与制作,提升耳廓再造术效果。对象与方法:1.对象具有耳廓基本结构,大小与成人头部相近的人头模型1个,... 详细信息

目的:运用增强现实技术设计一种基于标记点的实时动态耳廓三维影像导板,以用于耳廓再造术的术前设计和术中引导指导再造耳支架的定位与制作,提升耳廓再造术效果。对象与方法:1.对象具有耳廓基本结构,大小与成人头部相近的人头模型1个,双侧耳廓形态正常的志愿者3名。2.方法（1）运用图像处理软件将头颅CT图像分割重建三维耳廓模型。（2）论证标记点放置的最佳数量和最佳位置。（3）利用放置在眉脚、鼻尖及耳垂下点的三个标记点将虚拟模型与实际场景进行关联注册,通过投影仪将三维耳廓模型影像投射至对应实际耳廓,红外动捕仪捕捉标记点位置变化以实现投射图像实时跟踪。（4）对实时动态耳廓三维影像导板的注册技术、跟踪技术及显示技术进行定性定量评价。结果:1.在人头模型上验证形成导板的可行性并明确操作流程:（1）通过对CT图像数据进行处理可以建立高质量的耳廓三维模型;（2）在眉脚、鼻尖及耳垂下点放置三个标记点是实验研究阶段的最佳方案;（3）基于三个标记点可以形成实时动态耳廓三维影像导板并投射至设定区域;2.在3名志愿者身上重复试验,定性定量评价注册技术、跟踪技术及显示技术:（1）注册技术:注册精准性高,注册平均误差率为2.5%;（2）跟踪技术:1)跟踪精准性:顺时针旋转30°内,跟踪精准性高,平均误差率小于2.7%,逆时针旋转15°内,跟踪精准性尚可,平均误差率小于3.5%,2)跟踪图像变形度:顺时针旋转30°和逆时针旋转15°内,跟踪图像变形度小,平均误差率小于2.6%,3)跟踪延迟性:旋转后投射图像跟踪速度快,无法人工计时;（3）显示技术:在实际投射场景中,三维耳廓模型投影形态逼真,显示图像质量较高,但存在三维立体感较差、颜色对比度不够等缺点。结论:实验研究阶段论证了基于标记点形成高质量的实时动态耳廓三维影像导板具有可行性,且耳廓三维影像导板具备良好的注册精准性、跟踪速度、显示图像质量及一定旋转角度内良好的跟踪精准性及跟踪图像变形度,该导板可应用于耳廓再造术的术前设计和效果模拟,也具有应用于临床耳廓再造术中指导再造耳支架定位和制作的潜力。

关键词：耳廓再造增强现实影像导板标记点实时跟踪

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小耳畸形治疗虚实交互辅助系统HE-01的构建及辅助耳廓再造术的可行性研究

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中华整形外科杂志 2024年第2期40卷 131-142页

作者：王爽顾勤浩何乐人姜栋文尚巧利中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院耳整形再造一科北京100144 浙江省人民医院杭州医学院附属人民医院整形外科杭州310014 首都医科大学附属北京同仁医院整形美容中心北京100005

目的:构建基于HoloLens的小耳畸形治疗虚实交互辅助系统HE-01,并验证其辅助耳廓再造术的可行性。方法:以2021年8至9月于中国医学科学院整形外科医院招募的6名健康志愿者(男3名,女3名,平均年龄20.5岁)和6例小耳畸形患者(男3例,女3例,平... 详细信息

目的:构建基于HoloLens的小耳畸形治疗虚实交互辅助系统HE-01,并验证其辅助耳廓再造术的可行性。方法:以2021年8至9月于中国医学科学院整形外科医院招募的6名健康志愿者(男3名,女3名,平均年龄20.5岁)和6例小耳畸形患者(男3例,女3例,平均年龄7.6岁)为研究对象。运用Mimics Research 21.0和3-matic research软件构建虚拟耳廓三维模型,基于HoloLens和咬合夹板导航标记装置构建HE-01。通过志愿者重复试验评价HE-01的注册精准度、跟踪延迟度及不同颜色(红色、绿色、蓝色和皮肤色)虚拟耳廓导板的显示效果,通过小耳畸形患者重复试验明确操作流程并验证HE-01应用于耳廓再造术的可行性。结果:成功构建HE-01并明确操作流程。志愿者重复试验显示,HE-01在不同角度下注册精准度均较高,6名志愿者12侧耳廓不同方向(耳廓前-60°、-30°、0°、30°、60°方向)的重合误差率均在2.3%~2.4%[小于正常人双侧耳廓大小的差距(2.7%)];跟踪延迟度低(6名志愿者均小于0.1 s);绿色和红色的虚拟耳廓导板显示效果较佳。小耳畸形患者重复试验显示,HE-01可应用于耳廓再造术,导航标记装置佩戴无明显并发症,具有可重复性和稳固性。结论:本研究完成了基于导航套装、CT数据与HoloLens的增强现实辅助耳廓再造的概念设计,HE-01具有良好的注册精准度、跟踪速度和显示效果,为进一步的软件开发及临床转化做了良好铺垫。

关键词：先天性小耳畸形耳廓增强现实影像导板 HoloLens

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