KINECT体感交互技术在医学影像教学中的应用及展望

张岱 顾恒成 陈懿 汪铠铃

摘要：随着现代技术的发展，医学影像技术也由传统的X光发展出现代的CR、DR、CT、MRI等多种新兴技术，这也对医学影像技术专业教学的发展提出了与时俱进的要求。但是目前CT、MRI等技术所需设备动辄几百甚至上千万元，在开设该专业的职业院校没有医学附属医院支持的情况下，很难花费巨资去购买此类设备进行理论教学及实训教学。因此本文旨在探讨利用目前微软的kinnect体感设备及其技术进行影像学教学的可行性，即利用低廉可编程的成熟体感交互技术来替代高昂的医学影像设备进行教学。促进教学研究的发展。并且可以改变教学模式，将传统的教学模式向体验式教学模式改变。

关键词：Kinect ;人机交互;医学影像教学

一、传统医学影像课程的一般课程流程及教学思路

1、传统医学影像课程的一般课程流程

2、传统医学影像课程教学开展中的重难点问题

传统医学影像课程是基于医院影像科放射技术岗位X摄影具体工作过程进行教学设计的。重点围绕“为什么要拍（摄影目的）、怎么拍（摄影过程）、拍到了些什么（影像显示）”三个方面实施教学。

一般院校传统医学影像课程受教学设备和场地的限制，教学的难点在于如何尽可能地还原X摄影具体工作岗时，学生实际需要进行的操作。特别是如何正确地摆放体位，直接影响了最终成像的质量。结合高职院校学生的学情特点，很难用抽象的概念或者口述代替实际的演示和操作。

3、传统医学影像课程的一般解决思路

（1）借助多媒体投影，对比文字，能更形象的加深学生理解，强化学生的记忆。

（2）利用模具进行或真人模拟进行实操，实际的操作能够让学生熟悉工作岗位上的实际操作，更深刻的理解、记忆医学影像拍摄过程的操作。

（3）以上解决思路的局限性

以上方法虽然能部分解决教学过程中的难点问题，但仍然有其局限性。从以上示例可以看出多媒体投影在实施教学时，可以清晰的显示骨骼拍摄后的图像，但作为二维静态的图片很难直观的向学生演示拍摄影像时体位摆放的变化。而模具和真人模拟的缺点在于：1、容易受场地和设备的限制，2、不能直观的表现骨骼的成像以及体位变化时骨骼成像的变化。

二、kinect简介及骨骼跟踪原理

1、kinect的基本原理

Kinect 是 Xbox 360 外接的 3D体感摄影机，其交互原理利用了基于激光散斑的结构光技术来进行动作捕捉。

激光散斑指的是激光在散射体表面发生漫反射时，物体附近的光场中会产生的一种随机分布的亮暗斑点图案。

当光源固定时，被照射的物体产生的散斑图案取决于它与光源的相对位置。因此我们可以通过记录物体运动时每个时刻的散斑图案来计算每个时刻下物体相对光源的位置。当每个时刻间隔时间足够短时，我们就可以精确地捕捉物体的移动轨迹。根据微软公司的数据显示，Kinect在物体距离摄像头1-4m时，其动作捕捉精度可达±4cm。

2、骨骼跟踪原理

基于上述基本原理，Kinect建立了骨架追踪系统。它通过收集范围内所有表面每一点的相对物理距离，形成了一幅代表周围环境的景深图像。传感器最快可以以每秒30幀的速度生成实时动态的景深图像流，实时 3D地再现周围环境。利用可辨识人体部位的机器学习系统（Exemplar系统），识别景深图像中特定像素是否属于人体部位。通过评估该系统输出的数据，kinect可以最终确定人体的骨骼点，并将追踪到的20个骨骼点生成人体的骨骼系统。其成像延时受景深图像的复杂程度影响，在0.2-0.5s之间。

20个骨骼点分别为：hip centre-臀部中央; spine- 脊柱：shoulder centre-肩膀中央;head-头; shoulder left-左肩;elbow left-左肘：wrist left-左腕;hand left-左手;shoulder right-右肩;elbow right-右肘;wrist right-右腕：hand right-右手;hip left-左臀;knee left-左膝;ankle left-左踝：foot left-左脚;hip right-右臀;knee right-右膝;ankle right-右踝;foot right-右脚。

三、基于kinect的课程难点解决思路

利用kinect的骨架追踪系统，我们可以相比传统医学影像课程解决方案更好的完成教学：

1、对比多媒体教学，同样可以形成清晰骨骼影像，kinect骨架追踪系统的优势在于可以实时地动态地成像，可以让学生实际操作，训练过程中加深印象。

2、对比模具和真人的实训，kinect的操作实训对于场地的要求更小，而且能够形成清晰的骨骼影像，能够及时有效的反馈学生操作的结果，让学生更真实的理解医学影像操作的实际结果。

四、基于kinect的实际教学案例设计

以在《医学影像检查技术》第三章第三节《腕关节正位X线摄影》为例，

五、结语

本文尝试将基于kinnect的体感技术融入到日常教学中，实时展现人体各个骨骼点之间的相对位置和变化，让老师在进行影像检查实训教学时更为实时、直观，从而达到提高教学效果的目标。未来还可以沿着这一技术路径进一步研究相关应用，达到即利用低廉可编程的成熟体感交互技术来替代高昂的医学影像设备进行教学的目的。