uzluga.ru
добавить свой файл
1 2 ... 8 9
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Математико-механический факультет

Кафедра системного программирования


Система анализа реконструктивных хирургических операций при помощи Microsoft Kinect


Дипломная работа студента 545 группы

Ромашкина Амира Сергеевича


Научный руководитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . аспирант

/подпись/ Петров А.Г.


Рецензент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . старший преподаватель

/подпись/   Антипов И.Г.


“Допустить к защите” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . д.ф.-м.н. А. Н. Терехов А.Н.
заведующий кафедрой, /подпись/


Санкт-Петербург

2012

SAINT PETERSBURG STATE UNIVERSITY

Mathematics & Mechanics Faculty


Software Engineering Chair


In-surgery analytics in reconstructive cases using Microsoft Kinect


by

Romashkin Amir

Graduate paper

Supervisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . graduate student

A. G. Petrov


Reviewer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . senior lecturer

I. G. Antipov


“Approved by” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Professor A. N. Terekhov

Head of Department


Saint Petersburg

2012

Оглавление


Оглавление 3

1. Введение 4

2. Обзор технологии Microsoft Kinect 7

2.1 Состав контроллера Kinect 8

2.2. Программная поддержка Kinect 12

2.3. Аналоги Kinect 13

3. Постановка задачи 17

3.1. Просмотр 2D моделей 17

3.2. Просмотр 3D моделей 18

3.3. Аналитика: вычисление численных показателей сцены 18

4. Обзор проблемной области 20

5. Описание решения 22

5.1. Инструментарий 22

5.2. Архитектура верхнего уровня 22

5.3. Альтернативы реализации 24

5.4. Конечная реализация 28

5.4.1. Реализация модуля просмотра 2D моделей 28

5.4.1.1. Алгоритм манипуляции 2D моделями 29

5.4.2. Реализация модуля просмотра 3D моделей 30

5.4.2.1. Алгоритм манипуляции 3D моделями 31

5.4.3. Реализация модуля аналитики 31

5.4.3.2. Функциональность модуля аналитики 31

5.4.3.1. Алгоритм распознавания пальцев 34

5.4.3.3. Алгоритм вычисления объема слоя 37

5.4.3.4. Анализ погрешности вычислений 37

6. Итоги 40

6.1. Достигнутые результаты 40

6.2. Возможности развития 42

7. Заключение 43

8. Список литературы 44



1. Введение


Медицина - одна из древнейших и важнейших сфер жизнедеятельности. Она существовала на самых ранних этапах становления человечества.

Сегодня IT все глубже проникает во все мыслимые и немыслимые сферы жизни и, конечно же, медицина, и особенно хирургия, находятся среди первых в очереди за технологическими новшествами.

В данной работе предлагается двигаться в ногу со временем и внести в сферу хирургии новые возможности, которые открываются благодаря появлению технологии Microsoft Kinect. Главное ее достоинство - возможность бесконтактного взаимодействия с компьютером.

Люди привыкли использовать мышь и клавиатуру для работы с программами, но это не всегда удовлетворяет специфике сферы деятельности.

Одной из ключевых особенностей хирургии как сферы использования ПО - это требование стерильности, которое обычно сложно было выполнять из-за устройств ввода/вывода, которые требуется заново тщательно стерилизовать после каждой операции. При использовании компьютера в операционной врачи используют помощников, которые взаимодействуют с компьютером и не участвуют в процессе самой операции. Это усложняет весь процесс, а также лишние люди в операционной могут мешать.

В связи с этим в большинстве случаев хирурги стараются свести к минимуму взаимодействие с компьютером во время операции, хотя оно бывает очень полезно.

surgeon-and-monitor

рис.1.1. Снимок томографии рис.1.2. Пример использования системы просмотра МРТ и КТ снимков


Во время операции хирургу часто необходимо знать детали внутреннего строения органов пациента, чтобы не допустить ошибку, проводя операцию вслепую. Для этого используется программное обеспечение, позволяющее в реальном времени просматривать визуальные модели внутренних органов во время операции (рис. 1.2). Эти модели бывают 2-х типов: 2D модели и 3D модели.

К наиболее часто используемым 2D моделям относят фотографии пациента и снимки МРТ (Магнитно-резонансной томографии) или КТ (Компьютерной томографии).

Также часто используются 3D модели (рис. 1.2). Они могут либо отражать реальную структуру органов конкретного человека, если использовалось сложное ПО, оцифровавшее органы, либо какие-нибудь идеальные общеизвестные модели органов или частей тела, которые могут использоваться как справочный материал для хирурга.

Общей целью данной работы является разработка программной системы, которая позволит хирургам и их помощникам просматривать и манипулировать хирургическими моделями, а также производить разного типа анализ поверхности тела пациента.

В данной работе описывается система, которая позволит, наряду с другой функциональностью, манипулировать такого рода моделями во время операции без контакта с мышью или клавиатурой.

Также данная работа ставит перед собой цель решения следующей проблемы.

Часто перед реконструктивной операцией (или во время нее) нужно определить некоторые численные характеристики поверхности тела пациента: например, объем снимаемой покровной ткани с пациента или расстояние между двумя точками на теле.

Реализуемая система позволит это делать в режиме реального времени так, что от хирурга (или его помощника) потребуется лишь отметить два конца отрезка для вычисления расстояния или провести пальцем по контуру области для вычисления объема слоя. Программа посчитает и отобразит результат.

В итоге, благодаря реализуемым модулям использование данной системы сможет увеличить степень удобства операций, ускорить сам процесс операции, снизить риск врачебной ошибки, уменьшить количество помощников в операционной и улучшить качество операций в целом.



следующая страница >>