基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统及内耳姿态捕获装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统及内耳姿态捕获装置，内耳姿态调整监控系统包括：虚拟现实单元，用于构建人体内耳姿态虚拟现实图像；内耳姿态捕获单元，用于人体内耳姿态发生变化时获取运动数据；中央处理单元，用于接收内耳姿态捕获单元发送的运动数据，驱动虚拟现实单元调整人体内耳姿态虚拟现实图像以及对应的耳石运动轨迹。基于虚拟现实生成个体化内耳虚拟现实模型，并利用体感传感器对生成的模型进行控制，将个体在不同位置情况下内耳的空间姿态及耳石运动轨迹完整而具体地实时呈现给临床医师，为耳石复位法建立精确的个性化导航。
【专利说明】基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统及内耳姿态捕获装
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗器械【技术领域】，尤其涉及一种基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统及内耳姿态捕获装置。
【背景技术】
[0002]良性阵发性位置性眩晕(Benignparoxysmal positional vertigo BPPV),又称耳石症，是一种常见的前庭末梢病变，是眩晕最常见的疾病之一，约占所有眩晕症的17~22%,占周围性眩晕的3 6.5%,目前认为其发生的主要原因是由于脱落的耳石进入了对运动感应的半规管。当病人的头部转动时，脱落的耳石会在半规管内移动，从而影响半规管的工作，引起人体对空间感知能力的下降，并伴随着头晕、呕吐以及眼震等症状。
[0003]基于这种理论，产生了治疗半规管良性阵发性位置性眩晕的有效方法一耳石复位法，即通过转动病人的头部使脱落的耳石回到原来的位置，达到治疗良性阵发性位置性眩晕的目的。其基本原理是通过将人体头部旋转到不同的角度，利用重力作用使脱落于内耳半规管内的耳石滚动到前庭，使得眩晕的症状缓解。在具体操作中，为使得耳石能最大限度的活动必须使内耳的半规管处于理想的位置，为此人们设计了一系列变换体位的活动姿势，使病变半规管的相应部位能最大限度地与重力作用线相平行，利用重力作用，使耳石向内耳的前庭滚动，耳石的刺激症状得以缓解。但是由于患者体质及操作者观察角度原因，不能保证患者头位准确达到复位所要求的旋转角度及位置；同时由于人体内耳半规管存在解剖差异，按照目前复位方法所制定的旋转角度进行复位，并未做到真正的个性化，影响了手法复位治疗的效果。由于良性阵发性位置性眩晕容易复发并且具有不可预知性，严重影响日常生活、学习和工作，给患者、家庭和社会带来极大的压力，因此亟需有新的辅助方法能帮助临床医生建立准确的、个性化的内耳定位系统，以利于高效的施行耳石复位疗法。
【发明内容】
[0004]本发明实施例的目的是提供一种基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统及内耳姿态捕获装置，实现内耳姿态监控。
[0005]本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，包括内耳姿态捕获单元、与所述内耳姿态捕获单元连接的中央处理单元，以及与所述中央处理单元连接的虚拟现实单元:
[0007]所述虚拟现实单元，用于构建人体内耳姿态虚拟现实图像；
[0008]所述内耳姿态捕获单元，用于人体内耳姿态发生变化时获取运动数据，所述运动数据包括重力加速度和旋转加速度；
[0009]所述中央处理单元，用于根据所述重力加速度和旋转加速度得到内耳姿态数据，驱动虚拟现实单元根据所述内耳姿态数据得到所述人体内耳姿态虚拟现实图像中的耳石运动轨迹。[0010]一种内耳姿态捕获装置，包括捕获单元以及于所述捕获单元连接的传输单元:
[0011]所述捕获单元，用于人体内耳姿态发生变化时获取运动数据，所述运动数据包括重力加速度和旋转加速度；
[0012]所述传输单元，用于发送所述运动数据给中央处理单元，以使所述中央处理单元根据所述重力加速度和旋转加速度得到内耳姿态数据，以及驱动虚拟现实单元根据所述内耳姿态数据得到所述人体内耳姿态虚拟现实图像中的耳石运动轨迹。
[0013]由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，基于虚拟现实生成个体化内耳虚拟现实模型，并利用体感传感器对生成的模型进行控制，将个体在不同位置情况下内耳的空间姿态及耳石运动轨迹完整而具体地实时呈现给临床医师，为耳石复位法建立精确的个性化导航。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0015]图1为本发明实施例提供的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统的构成示意图。
[0016]图2为本发明实施例提供的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统的应用示意图。
[0017]图3为本发明实施例提供的内耳姿态监控单元的三维位移示意图。
[0018]图4为本发明实施例提供的内耳姿态监控单元的重力分解示意图。
[0019]图5为本发明实施例提供的重力、角度感应单元的电路示意图。
[0020]图6为本发明实施例提供的内耳姿态监控单元的构成示意图。
[0021]图7为本发明实施例提供的内耳姿态监控单元的外部示意图。
[0022]图8为本发明实施例提供的内耳姿态监控单元的侧面示意图。
[0023]图9为本发明实施例提供的内耳姿态监控单元的底面示意图。
[0024]图10为本发明实施例提供的头束带的外部示意图。
[0025]图11为本发明实施例提供的内耳姿态监控装置的构成示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0027] 目前虚拟现实技术已在各个领域得到了广泛应用，尤其在医学领域展示了巨大的优势。利用人体的计算机断层成像(Computed Tomography, CT)或磁共振成像(MagneticResonance Imaging,MRI)检查资料,通过相应的软件系统实施内耳结构虚拟现实模型重建可以实现对内耳各解剖结构的立体显示，建立内耳各结构的虚拟现实模型，有助于对内耳半规管各部分空间位置的正确理解和定位。
[0028]同时体感传感技术应用在人机交互领域中所带来的新型三维度输入方式，不仅为使用者解除空间和线缆的束缚，在自由的空间完成相应的人机交互，并且能够支持同步输入各种信息。
[0029]本发明实施例基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统及内耳姿态捕获装置基于上技术思路，解决如何能用体感传感器技术将人体活动时不同体位的实时信息传入计算机，并利用此信息控制基于个体内耳影像资料生成的内耳虚拟现实模型进行同步活动则可以解决现有耳石复位中定位不准确和非个体化的问题。
[0030]因此，本发明实施例基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统及内耳姿态捕获装置基于虚拟现实方法生成个体化内耳虚拟现实模型，并利用体感传感器对生成的模型进行控制，将个体在不同位置情况下内耳的空间姿态及耳石运动轨迹完整而具体地实时呈现给临床医师，为耳石复位法建立精确的个性化导航系统。[0031]本发明的目是通过虚拟现实方法和体感姿态感应装置，针对现有技术中无法监控人体进行耳石复位活动时内耳姿态变换及耳石运动轨迹变化的问题，提供一种能准确、实时、个体化地监控人体内耳姿态调整的系统。
[0032]如图1所示，本发明实施例提供一种基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，包括内耳姿态捕获单元11、与内耳姿态捕获单元11连接的中央处理单元12，以及与中央处理单元12连接的虚拟现实单元13:
[0033]虚拟现实单元13，用于构建人体内耳姿态虚拟现实图像。
[0034]内耳姿态捕获单元11，用于人体内耳姿态发生变化时获取运动数据，所述运动数据包括重力加速度和旋转加速度。
[0035]中央处理单元12，用于根据所述重力加速度和旋转加速度得到内耳姿态数据，驱动虚拟现实单元13根据所述内耳姿态数据得到所述人体内耳姿态虚拟现实图像中的耳石运动轨迹。
[0036]由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，治疗良性阵发性位置性眩晕时进行内耳耳石复位，基于虚拟现实生成个体化内耳虚拟现实模型，并利用体感传感器对生成的模型进行控制，将个体在不同位置情况下内耳的空间姿态及耳石运动轨迹完整而具体地实时呈现给临床医师，为耳石复位法建立精确的个性化导航。
[0037]本领域技术人员可以知道，医学影像学图像数据可以包括计算机断层成像(Computed Tomography, CT)或磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)检查资料等，可以米用通用数据格式DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine,医学数字成像和通信)传输上述医学影像学图像数据，来构建人体内耳姿态虚拟现实图像。虚拟现实图像如三维空间图像。本领域技术人员可以理解DICOM是医学图像和相关信息的国际标准，用于数据交换的医学图像格式。
[0038]如图2所示，进一步的，本发明实施例基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，还可以包括与中央处理单元22连接的显示单元24，用于显示所述人体内耳姿态图像以及耳石运动轨迹。
[0039]示例性的，中央处理单元可以通过VGA (Video Graphics Array,视频图形阵列)接口连接显示单元24。示例性的，显示单元24可以为电脑显示器、液晶电视，等等，本领域技术人员可以知道其他显示器也可以应用。
[0040]具体的，显示单元24还可以连接电源装置25，电源装置25为显示单元24供电。
[0041]如图2所示，具体而言，内耳姿态捕获单元21，可以包括重力感应模块211，角度感应模块212、与重力感应模块211及角度感应模块212连接的数据采集模块213、与数据采集模块213连接的微型处理器214、与微型处理器214连接的无线数据传输模块215:
[0042]重力感应模块211，用于测量人体内耳姿态发生变化时重力加速度；
[0043]角度感应模块212，用于测量人体内耳姿态发生变化时旋转加速度；
[0044]数据采集模块213，用于采集所述重力加速度和旋转加速度；
[0045]微型处理器214，用于控制数据采集模块213及无线数据传输模块215，以及实现数据格式的转换；
[0046]无线数据传输模块215，用于将所述微型处理器传输的数据发送给中央处理单元22。
[0047]示例性的，重力感应模块211可以为应用三轴MEMS(MicroelectroMechanicalSystems,微机电系统)的陀螺仪传感器,等等。角度感应模块212可以为应用三轴MEMS的角速度传感器，等等。
[0048]重力感应模块211、角度感应模块212，测量人体内耳姿态发生变化时的重力加速度和实时旋转加速度。
[0049]便于理解，对于三维空间，角度感应模块测的旋转加速度可以是三维分量ax，ay，az，角度感应模块可还以测量转动时的欧拉角Ψ、θ、φ。
[0050]下面说明内耳姿态捕获单元设计的原理。
[0051]首先，由任意三个驻点(如定位器)来制定内耳姿态捕获单元的相对空间坐标初始位置。根据立体几何公理3“经过不在同一条直线上的三点，有且只有一个平面”，因此采用三驻点定位器能够确定内耳姿态捕获单元所在的平面。
[0052]如图3所示，假设内耳姿态捕获单元所在平面为XYZ，数据采集模块数据采集周期为At，初始速度Vci = 0，初始似移为Stl = 0，t时刻的加速度为a (t)，
[0053]在连续环境下:
[0054]t时刻的瞬时速度
【权利要求】
1.一种基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，其特征在于，包括内耳姿态捕获单元、与所述内耳姿态捕获单元连接的中央处理单元，以及与所述中央处理单元连接的虚拟现实单元: 所述虚拟现实单元，用于构建人体内耳姿态虚拟现实图像； 所述内耳姿态捕获单元，用于人体内耳姿态发生变化时获取运动数据，所述运动数据包括重力加速度和旋转加速度； 所述中央处理单元，用于根据所述重力加速度和旋转加速度得到内耳姿态数据，驱动虚拟现实单元根据所述内耳姿态数据得到所述人体内耳姿态虚拟现实图像中的耳石运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，其特征在于，所述基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，还包括与所述中央处理单元连接的显示单元，用于显示所述人体内耳姿态图像以及耳石运动轨迹。
3.根据权利要求1或2所述的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，其特征在于，所述内耳姿态捕获单元包括重力感应模块，角度感应模块、与所述重力感应模块及所述角度感应模块连接的数据采集模块、与所述数据采集模块连接的微型处理器以及与所述微型处理器的无线数据传输模块: 所述重力感应模块，用于测量人体内耳姿态发生变化时重力加速度； 所述角度感应模块，用于测量人体内耳姿态发生变化时旋转加速度； 所述数据采集模块，用于采集重力加速度和旋转加速度； 所述微型处理器，用于控制所述数据采集模块及所述无线数据传输模块，以及实现数据格式的转换； 所述无线数据传输模块，用于将所述微型处理器传输的数据发送给所述中央处理单J Li ο
4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，其特征在于，所述基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统还包括头束带，所述头束带上设置对称的两个基座，所述基座包括三个呈等边三角形排列的圆孔； 所述内耳姿态捕获单元的底面包括三个呈等边三角形排列的圆柱形固定桩，所述圆柱形固定桩对应所述圆孔，所述内耳姿态捕获单元设置在所述头束带上。
5.根据权利要求3所述的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，其特征在于，所述虚拟现实单元包括虚拟现实重建模块以及与其连接的运动轨道模块、与运动轨道模块连接的输入输出模块: 所述虚拟现实重建模块，用于根据人体内耳姿态的医学影像学图像数据构建人体内耳姿态虚拟现实图像； 所述运动轨道模块，用于通过所述中央处理单元驱动，根据所述内耳姿态数据得到所述人体内耳姿态虚拟现实图像中的耳石运动轨迹； 所述输入输出模块，用于接收所述中央处理单元发送的内耳姿态数据并输出给所述运动轨道模块，以及接收所述运动轨道模块的数据并输出给所述中央处理单元。
6.根据权利要求5所述的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，其特征在于，所述虚拟现实单元，具体用于根据人体内耳姿态的医学影像学图像数据确定所述内耳姿态捕获单元与内耳相对位置，以及构建人体内耳姿态虚拟现实图像。
7.根据权利要求6所述的基于虚拟现实的内耳姿态调整监控系统，其特征在于，所述中央处理单元包括接口模块、与所述接口模块连接的中央处理器、与所述中央处理器连接的数据管理分析模块、与所述数据管理分析模块连接的虚拟驱动运行模块，以及与所述虚拟驱动运行模块连接的同步信息模块: 所述接口模块，用于接收所述无线数据传输模块发送的数据并传输给中央处理器，以及接收所述输入输出模块发送的数据并传输给显示器； 所述中央处理器，用于控制所述数据管理分析模块、所述同步信息模块、所述虚拟驱动运行模块，以及实现数据格式的转换； 所述数据管理分析模块，用于根据所述重力加速度和旋转加速度得到内耳姿态数据；所述同步信息模块，用于驱动虚拟现实单元根据所述内耳姿态数据得到所述人体内耳姿态虚拟现实图像中的耳石运动轨迹； 所述虚拟驱动运行模块，用于实现人体内耳姿态同步调整。
8.—种内耳姿态 捕获装置，其特征在于，包括捕获单元以及于所述捕获单元连接的传输单元: 所述捕获单元，用于人体内耳姿态发生变化时获取运动数据，所述运动数据包括重力加速度和旋转加速度； 所述传输单元，用于发送所述运动数据给中央处理单元，以使所述中央处理单元根据所述重力加速度和旋转加速度得到内耳姿态数据，以及驱动虚拟现实单元根据所述内耳姿态数据得到所述人体内耳姿态虚拟现实图像中的耳石运动轨迹。
9.根据权利要求8所述的内耳姿态捕获装置统，其特征在于，所述捕获单元，包括重力感应模块，角度感应模块、与所述重力感应模块及所述角度感应模块连接的数据采集模块、与所述数据采集模块连接的微型处理器: 所述重力感应模块，用于测量人体内耳姿态发生变化时重力加速度； 所述角度感应模块，用于测量人体内耳姿态发生变化时旋转加速度； 所述数据采集模块，用于采集所述重力加速度和旋转加速度； 所述微型处理器，用于控制所述数据采集模块及所述传输单元。
10.根据权利要求9所述的内耳姿态捕获装置，其特征在于，所述传输单元为无线数据传输模块，用于将所述微型处理器的数据发送给所述中央处理单元。
【文档编号】A61B5/11GK103932711SQ201410165786
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】田永胜, 余庆东, 焦鹏 申请人:田永胜, 余庆东, 焦鹏