多传感器信息融合技术在虚拟中医正骨手法系统中的应用分析-生物医学工程专业论文.docx

3.2.3 数据采集卡 20 3.2.4PC 计算机 20 3.3 软件设计 20 3.3.1 数据采集和预处理 21 3.3.2 信息显示 22 3.3.3 数据存储 23 3.4 系统功能 23 3.4.1 辅助骨伤训练 23 3.4.2 辅助临床治疗 23 3.4.3 辅助患者康复 24 3.4.4 辅助教学训练 24 3.5 本章小结 24 第四章 基于多传感器信息融合的状态估计方法研究 25 4.1 卡尔曼滤波器 25 4.1.1 卡尔曼滤波器的简介 25 4.1.2 卡尔曼滤波器的模型 25 4.1.3 卡尔曼滤波器的计算方程组 26 4.2EKF 滤波器 27 4.2.2 系统的状态方程和测量方程 27 4.2.3 观测方程的线性变化 28 4.3 本章小结 30 第五章 基于多传感器信息融合的状态估计方法设计与实现 31 5.1 数学模型建立 31 5.1.1 系统的坐标模型设置 31 5.1.2 目标位置模型建立 31 5.1.3 目标计算模型建立 33 5.2 基于 EKF 的状态估计 37 5.2.1 基于 EKF 状态估计的前提假设 37 5.2.2 基于 EKF 状态估计的设计 38 5.2.3 基于 EKF 的轨迹模拟实现 39 5.3 本章小结 42 第六章 结论与展望 43 6.1 结论 43 6.2 展望 43 参考文献 44 致谢 47 攻读硕士期间所发表论文 48 PAGE PAGE 10 第一章 引 言 1.1 研究目的及意义 中医是我国的国粹，中医骨伤学是中国传统医学的重要组成部分，是一门实践性 很强的学科，已经形成相对完善的学科体系。中医骨伤的手法技术具有无创伤、愈合 快、患者痛苦小等诸多优点。中医骨伤科在中医理论基础指导下，以动静结合，筋骨 并重，内外兼治、医患合作等为治疗原则，以手法、系缚、药治等为常规治疗方法辨 证施治，疗效独特而显著。其中，手法治疗是骨伤科治病的关键手段之一[1]，无论是 对骨折、脱位，或是对筋伤、内伤均为广泛适宜，在骨伤科领域运用手法治疗骨折是 中国医学的特色，尤为各阶层医务工作者所重视和运用[2]。 近年来，随着中国传统医学与现代医学的有机结合，使手法治疗在骨伤科的运用 更趋完善，并且结合现代先进的计算机技术，不断地开发出各种协助手法复位的器械， 在临床上也取得了比较好的疗效，但在临床运用过程中对手法的选用和具体运用都是 以临床经验为主，缺乏具体手法选用标准、规范的操作依据和可靠的复位效果。这些 因素影响了手法治疗骨折的成功率和复位的质量，阻碍了手法的临床推广和发展，极 大的影响中医正骨手法技术的传承和发扬，目前已现失传先兆。 本课题主要是设计一种基于虚拟现实技术的中医正骨手法系统，该系统将实现在 虚拟现实环境下，逼真的展现正骨手法的基本操作手法、操作技巧和操作规范，真实 体验操作感觉。不仅满足了临床医生术前制定医疗方案等临床科研需要，而且有利于 培养临床实习医生或是学生获得中医正骨手法的精髓，解决病源不足和直接在骨折病 人身上进行手法操作练习，降低病人痛苦或因错误操作而给患者带来新的损伤；辅助 实习医生和学生获得骨伤学的相关知识，以及该领域专家的指导信息，解决了临床因 病例缺少带来的困扰；该系统将在课堂教学中实现教与学的同步进行，为学生及时领 会正骨手法的精髓，提供了一个方便快捷的实习平台。虚拟正骨手法系统的研究有利 于中医正骨手法的传承和发扬，对中医精髓的传承及发扬具有很高的应用价值。 本项目是山东省自然科学基金《虚拟正骨手法过程中人机交互机制和关键技术研 究》的子课题，主要研究旨在将传统的中医正骨手法与虚拟现实技术、多传感器信息 融合技术、电子技术、计算机技术以及信号处理等现代化技术有机的结合起来，分析 正骨手法运动状态中的骨折远端的位置和位移、医生手法中施力的大小和方向、骨折 远端相对移位生理角度等信息量，并利用多个传感器资源通过数据融合技术对各种传 感器及其被观测信息的合理支配与使用，将各种传感器采集的信息源在空间和时间上 互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来，并通过数据信息采集系统，传输给数据 分析平台进行正骨手法信息量的数据分析，实现虚拟正骨手法的目标轨迹模拟，得到 对中医正骨手法过程的理性认识，为中医手法提供了一种实用的、可记录、操作可靠、 科学的研究平台。轨迹模拟是该系统研究的前期基础，其实现为手法系统的研究奠定 了理论基础。 1.2