CN100398083C - 虚拟现实针灸穴位定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及虚拟现实针灸穴位定位方法及系统，采用两台摄像机通过虚拟现实技术，生成真实人体的立体图像：通过人体三维建模，生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟人体立体图像；通过图像组合器，进行人体比例变换和位置校准，使虚拟人体立体图像与真实人体立体图像重叠；建立真实人体穴位数据库：设置一个具有三一六个自由度、带有激光发生器和激光探头的机械手，根据穴位数据库中的穴位位置数据，通过自动控制系统移动机械手，对选定穴位进行准确定位。本发明综合了虚拟现实技术、自动化控制技术及激光投照技术等高科技手段改造传统针灸定位方式，既保持针灸治病的神奇疗效，又除去针灸现存的先天弊病，实现针灸取穴定位高精度、自动化。

Description

虚拟现实针灸穴位定位方法及系统

技术领域

本发明涉及一种虚拟现实针灸穴位定位方法及系统。

背景技术

针灸是中华民族医药卫生事业中的瑰丽奇葩，因疗效独特而受到肯定，具有适应症广、临床潜力巨大等特点，已经风靡世界。但是，针灸在临床应用中还沿袭着传统的手工式操作方式，即根据临床医师的经验，靠目测并辅以手指的点按切压，体察骨、关节、肌肉及其他组织的间隙、凹陷或痛点来确定穴位，然后象插秧一样将合金的不锈钢针灸针刺入人体的皮下、肌肉或更深的部位，再施以提、插、捻、转等手法，或接通脉冲电流增强“针感”，籍以完成治疗。

据史籍记载，针灸起源于两干余年以前的“砭术”，即以锐利的石锋(砭石)刺激人体局部籍以缓解疼痛。纵观针灸发展史，重大发展除了金属针具代替砭石外，也只有针灸适应症的拓宽、针法或穴方组合的优化以及教材教具、穴位模型的创新值得称道。针灸的现状是仍然处于一种古朴原始的状态，尽管临床效果的优势显而易见，但也存在着一些尚待改善之处，主要见于以下方而：一，操作繁琐，取穴有主观随意性，操作、取穴均不规范；二，令接受针灸的患者望而却步的是，必须刻意去忍受痛楚不适(包括偶有的出血或感染)和而临接受治疗前的忧虑恐惧，才能“享有”这种神奇有效的治疗。正因为如此，也使针灸医学的发展进步受到严重的阻碍。如何用高科技手段改造针灸，使针灸消除缺陷，永葆优势，在科学高度发展的今天，已经成为一个势在必行的课题。

虚拟现实(Virtual Reality)技术是目前国际上用于医疗、手术等医学领域最活跃的计算机应用技术，而增强现实是虚拟现实中的一种，它可以达到增强现实件，增强或补充人眼所看到的东西，并将图形和文字重叠在真实的、物理存在的物体上。这种系统可以为操作员提供与他所看到的现实环境有关的、存贮在计算机中的信息。

20世纪最后的三十年期间，科学技术以人为本的思想日趋深化，“为社会创造舒适的生活”己成为科学技术发展的新目标、新动力，也成为社会进步的时尚和标志。在医药卫生领域，这种进步更是日新月异。20世纪80年代，由美国倡导提出“低侵袭性医疗技术”的概念。紧接着，日本通产省也以政策导向的方式决定从2000年开始研究开发这类技术，以便减轻患者接受治疗时的伤痛。据报导，1997年5月5日，我国第一台脑外科医用机器人在北京海军总医院成功施行无框架脑立体定向手术，拉开了信息技术向外利医疗技术渗透与改造的序幕。该技术现己成功地为72例患者施行无框架脑立体定向手术，成功率为100％。同一时间，还是在这家医院，一台来自美国的心外科机器人在荚国专家、麻醉师和护士的配合操纵下，成功地实施了一例心脏冠状动脉搭桥术。上述报导显示，中国、美国的机器人技术、自动化控制技术及虚拟现实技术在高难度医学临床领域的发展已位居世界先进行列，为信息技术在医学领域的进一步创新发展奠定了良好的基础。

发明内容

本发明的目的意在克服上述现有技术的不足，综合虚拟现实技术、自动化控制技术及激光投照技术等高科技手段改造传统针灸方式，既保持针灸治病的神奇疗效，又除去针灸现存的先天弊病，一改为了治病，刻意忍受针灸时不可避免的精神紧张、痛楚不适等等缺憾，提出一种能实现针灸取穴高精度、自动化，实现舒舒服服治病的虚拟现实针灸穴位定位方法及系统。

实现上述目的的技术方案；虚拟现实针灸穴位定位方法，包括如下步骤：

a)采用虚拟现实技术，生成真实人体的立体图像；

b)通过人体三维建模，生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟人体立体图像；

c)通过图像组合器，进行人体比例变换和位置校准，使虚拟人体立体图像与真实人体立体图像重替；

d)根据步骤c)修改虚拟人体各穴位位置坐标数据，作为真实人体各穴位位置坐标数据放入真实人体穴位数据库；

e)设置一个机械手，根据穴位数据库中的穴位位置数据，通过自动控制系统移动机械手，对选定穴位进行准确定位。

步骤a)的虚拟现实技术是采用两台摄像机，通过位置校准，生成真实人物的立体图像。

所述机械手具有三一六个自由度、带有激光发生器和激光探头。设置一台低电位测量仪，用于探测和监视探头执行针灸的部位是否正确。

虚拟现实针灸穴位定位系统，包括：

a)两台摄像机，采用虚拟现实技术，通过位置校准，用于生成真实人物的立体图像；

b)建立人体三维模犁，用于生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟人体立体图像，建立虚拟人体各穴位位置坐标数据；

c)一个图像组合器，用于进行人体比例变换和位置校准，使虚拟人体立体图像与真实人体立体图像重叠，建立穴位位置坐标数据库；

d)一个机械手，用于根据穴位数据库中的穴位位置数据，通过自动控制系统移动机械手选定穴位，进行准确定位。

所述机械手具有三一六个自由度、带有激光发生器和激光探头。所述机械手上附有板机式弹力发射针灸装置。

机械手上固定有一台跟随机械手移动的低电位测量仪，用于探测和监视探头执行针灸的部位是否正确。

设置一台用于监视探头执行情况的摄像机。

采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于：1、操作自动化，减轻从业人员的劳动强度，提高工作效率，彻底改变现有针灸定位的手工原始作业模式。2、穴位定位准确、规范，同一穴位由不同医生操作时或患者高、矮、胖、瘦等个体有差异时，都对穴位定位影响极小，从而极大地缩小穴位确定所发生的系统误差，使治疗效果提高，彻底改善现有针灸因操作医生的经验差别或因患者高矮胖瘦的形体差异所致的穴位位置准确性的系统误差过大，使疗效及受治感觉差别甚大的状况。3、本发明综合虚拟现实技术、激光发射技术和自动化控制技术等高科技手段，保证了实现穴位位置的准确定位及无痛化治疗，可彻底消除患者因为担心医牛可能出现的人为操作失误或疼痛所造成的精神负担，这是对患者心理上的最大解放。4、通过设置具有三一六个自由度、带有激光发生器和激光探头的机械手，可进行激光投照治疗，实现治疗过程无痛、无血和感染，消除现有针灸在治病时患者感受到的疼痛、可能出现的感染和不必要的出血及精神负担，使患者实现安全、舒适治病的梦想。5、根据针灸学基术理论和临床经验总结，针灸对人体各组织、各系统、各器官均有良性双向调节作用，是人体各种生命现象自动趋向天然的、最佳的生理状态的一种启动——平衡机制。但针灸治疗的前提是穴位的准确定位，采用本发明的方法及其实现该力法的穴位定位系统，用计算机虚拟现实技术控制激光投照，实现穴位定位的自动化，也必然能继承针灸治病的优势，进一步发挥调节、治疗人体各组织、各系统、各器官的各种功能紊乱和疾病的作用，为开拓现有针灸因针刺入人体而不能开展的新领域、新项目，如造血系统、神经系统各种疾病、小儿各种疾病、针灸美容、针灸减肥、针灸治疗内分泌失调及代谢障碍性疾病，以及针灸抗肿痛、抗AIDS、抗免疫失调性疾病等等创造了条件。

附图说明

图1是一种虚拟现实针灸取穴定位方法及系统的增强现实流程图。

图2是图1虚拟现实针灸取穴定位方法及系统的执行机构结构框图。

具体实施方式

下面结合图1和图2，通过实施例对本发明作进一步的说明：

一种虚拟现实针灸穴位定位方法，包括如下步骤：

a)根据虚拟现实技术中的双视图生成立体的原理，采用两台摄像机，获得双视图，经位置校准，通过立体眼镜(或头盔)，在人的眼中获得真实人物的立体图像；

b)通过人体三维建模，生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟人体立体图像；

c)通过图像组合器，进行人体比例变换(如高矮、胖瘦)和位置校准，使虚拟人体立体图像与真实人体立体图像重叠；

d)根据步骡c)修改虚拟人休各穴位位置坐标数据，作为真实人体各穴位位置坐标数据放入真实人体穴位数据库；

f)设置一个机械手，根据穴位数据库中的穴位位置坐标数据，通过自动控制系统移动机械手，对选定穴位进行准确定位；

g)为了掌握探头是否确实找准了需要针灸的部位，另加一台低电位测量仪，使它跟随机械手的运动，以用于探测和监视探头执行针灸的部位是否正确。

一种虚拟现实针灸穴位定位系统，包括：

a)两台摄像机，采用虚拟现实技术，通过位置校准，用于生成真实人物的立体图像；

b)人体三维模型，用于生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟人体立体图像；

c)一个图像组合器，用于进行人体比例变换(如高矮、胖瘦)和位置校准，使虚拟人体立体图像与真实人体立体图像重叠；

d)一个具有三一六个自由度、带有激光发生器和激光探头的机械手，通过自动控制系统移动机械手选定穴位，进行准确定位；

e)一台低电位测量仪，固定在机械手上并跟随机械手移动，用于探测和监视探头执行针灸的部位是否正确；

f)设置一台摄像机用于监视探头的执行情况。

另外，根据需要，机械手上也可以附有板机式弹力发射针灸装黄，进行传统意义上的针灸。

工作过程：通过两台摄像机获得两幅图像，在充分校准以后，生成真实人体立体图像，然斤与通过人体三维建模，生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟立体图像，再通过图像组合器，进行人体比例变换和位置校准，使虚拟立体图像与真实人体立体图像重叠，同时获得对应人体的各部位的穴位位肯数据，并将各穴位数据存储在穴位数据库中，机械手根据穴位数据库中的穴位位簧数据，在自动挖制系统的控制下移动机械手对选定穴位进行准确定位。同时，用低电位测量仪检测和临视定位是否正确，并通过另一台摄像机监视探头的执行情况。

对穴位进行准确定位后，控制部分即可控制激光的探头移动到由专家系统指认的人体需要针灸的部位进行激光投照。

采用本发明对病人进行“针灸”——激光穴位投照时，一种是根据临床医师的诊断，由针灸医生直接操作，并逐一完成确定位置——激光投照等工作程序。另一种是将针灸学腧穴定位、疾病治疗穴位处方等针灸治疗学相关内容及针灸师的丰富经验整理、抽象为知识和规则录入计算机，由操作员根据对病员的诊断来选用治疗方案。操作时，操作员头戴头盔，监视真实与虚拟人体重叠的立体图像，由此确定在实际人体上这些穴位的确切位置，并通过低电位测量仪再一次确定此穴位，然后启动执行机构——机械手操纵探头，到相关部位(穴位)进行“针灸”(激光投照)，并通过屏幕将立体图像显示出来。上述治疗方法不属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.虚拟现实针灸穴位定位方法，其特征在于包括如下步骤：

a)采用虚拟现实技术，生成真实人体的立体图像；

b)通过人体三维建模，生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟人体立体图像，建立虚拟人体各穴位位置坐标数据；

c)通过图像组合器，进行人体比例变换和位置校准，使虚拟人体立体图像与真实人体立体图像重叠；

d)根据步骤c)修改虚拟人体各穴位位置坐标数据，作为真实人体各穴位位置坐标数据放入真实人体穴位数据库；

e)设置一个机械手，根据真实人体穴位数据库中的穴位位置数据，通过自动控制系统移动机械手，对选定穴位进行准确定位。

2.根据权利要求1所述虚拟现实针灸穴位定位方法，其特征在于：步骤a)的虚拟现实技术是采用两台摄像机，通过位置校准，生成真实人物的立体图像。

3.根据权利要求1所述虚拟现实针灸穴位定位方法，其特征在于：所述机械手具有三至六个自由度，带有激光发生器和激光探头。

4.根据权利要求3所述虚拟现实针灸穴位定位方法，其特征在于：设置一台低电位测量仪，用于探测和监视激光探头执行针灸的部位是否正确。

5.一种虚拟现实针灸穴位定位系统，其特征在于包括：

a)两台摄像机，采用虚拟现实技术，通过位置校准，用于生成真实人物的立体图像；

b)建立人体三维模型，用于生成具有人体穴位标志的虚拟人体，并生成虚拟人体立体图像，建立虚拟人体各穴位位置坐标数据；

c)一个图像组合器，用于进行人体比例变换和位置校准，使虚拟人体立体图像与真实人体立体图像重叠；

d)修改虚拟人体各穴位位置坐标数据，作为真实人体各穴位位置坐标数据放入真实人体穴位数据库；

e)一个机械手，用于根据真实人体穴位数据库中的穴位位置数据，通过自动控制系统移动机械手选定穴位，进行准确定位。

6.根据权利要求5所述虚拟现实针灸穴位定位系统，其特征在于：所述机械手具有三至六个自由度，带有激光发生器和激光探头。

7.根据权利要求5所述虚拟现实针灸穴位定位系统，其特征在于：所述机械手上附有扳机式弹力发射针灸装置。

8.根据权利要求6所述虚拟现实针灸穴位定位系统，其特征在于：机械手上固定有一台跟随机械手移动的低电位测量仪，用于探测和监视激光探头执行针灸的部位是否正确。

9.根据权利要求8所述虚拟现实针灸穴位定位系统，其特征在于：设置一台用于监视激光探头执行情况的摄像机。

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