KINECT體感交互技術在醫學影像教學中的應用及展望

張岱 顧恒成 陳懿 汪鎧鈴

摘要：隨著現代技術的發展，醫學影像技術也由傳統的X光發展出現代的CR、DR、CT、MRI等多種新興技術，這也對醫學影像技術專業教學的發展提出了與時俱進的要求。但是目前CT、MRI等技術所需設備動輒幾百甚至上千萬元，在開設該專業的職業院校沒有醫學附屬醫院支持的情況下，很難花費巨資去購買此類設備進行理論教學及實訓教學。因此本文旨在探討利用目前微軟的kinnect體感設備及其技術進行影像學教學的可行性，即利用低廉可編程的成熟體感交互技術來替代高昂的醫學影像設備進行教學。促進教學研究的發展。并且可以改變教學模式，將傳統的教學模式向體驗式教學模式改變。

關鍵詞：Kinect ;人機交互;醫學影像教學

一、傳統醫學影像課程的一般課程流程及教學思路

1、傳統醫學影像課程的一般課程流程

2、傳統醫學影像課程教學開展中的重難點問題

傳統醫學影像課程是基于醫院影像科放射技術崗位X攝影具體工作過程進行教學設計的。重點圍繞“為什么要拍（攝影目的）、怎么拍（攝影過程）、拍到了些什么（影像顯示）”三個方面實施教學。

一般院校傳統醫學影像課程受教學設備和場地的限制，教學的難點在于如何盡可能地還原X攝影具體工作崗時，學生實際需要進行的操作。特別是如何正確地擺放體位，直接影響了最終成像的質量。結合高職院校學生的學情特點，很難用抽象的概念或者口述代替實際的演示和操作。

3、傳統醫學影像課程的一般解決思路

（1）借助多媒體投影，對比文字，能更形象的加深學生理解，強化學生的記憶。

（2）利用模具進行或真人模擬進行實操，實際的操作能夠讓學生熟悉工作崗位上的實際操作，更深刻的理解、記憶醫學影像拍攝過程的操作。

（3）以上解決思路的局限性

以上方法雖然能部分解決教學過程中的難點問題，但仍然有其局限性。從以上示例可以看出多媒體投影在實施教學時，可以清晰的顯示骨骼拍攝后的圖像，但作為二維靜態的圖片很難直觀的向學生演示拍攝影像時體位擺放的變化。而模具和真人模擬的缺點在于：1、容易受場地和設備的限制，2、不能直觀的表現骨骼的成像以及體位變化時骨骼成像的變化。

二、kinect簡介及骨骼跟蹤原理

1、kinect的基本原理

Kinect 是 Xbox 360 外接的 3D體感攝影機，其交互原理利用了基于激光散斑的結構光技術來進行動作捕捉。

激光散斑指的是激光在散射體表面發生漫反射時，物體附近的光場中會產生的一種隨機分布的亮暗斑點圖案。

當光源固定時，被照射的物體產生的散斑圖案取決于它與光源的相對位置。因此我們可以通過記錄物體運動時每個時刻的散斑圖案來計算每個時刻下物體相對光源的位置。當每個時刻間隔時間足夠短時，我們就可以精確地捕捉物體的移動軌跡。根據微軟公司的數據顯示，Kinect在物體距離攝像頭1-4m時，其動作捕捉精度可達±4cm。

2、骨骼跟蹤原理

基于上述基本原理，Kinect建立了骨架追蹤系統。它通過收集范圍內所有表面每一點的相對物理距離，形成了一幅代表周圍環境的景深圖像。傳感器最快可以以每秒30幀的速度生成實時動態的景深圖像流，實時 3D地再現周圍環境。利用可辨識人體部位的機器學習系統（Exemplar系統），識別景深圖像中特定像素是否屬于人體部位。通過評估該系統輸出的數據，kinect可以最終確定人體的骨骼點，并將追蹤到的20個骨骼點生成人體的骨骼系統。其成像延時受景深圖像的復雜程度影響，在0.2-0.5s之間。

20個骨骼點分別為：hip centre-臀部中央; spine- 脊柱：shoulder centre-肩膀中央;head-頭; 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-左腳;hip right-右臀;knee right-右膝;ankle right-右踝;foot right-右腳。

三、基于kinect的課程難點解決思路

利用kinect的骨架追蹤系統，我們可以相比傳統醫學影像課程解決方案更好的完成教學：

1、對比多媒體教學，同樣可以形成清晰骨骼影像，kinect骨架追蹤系統的優勢在于可以實時地動態地成像，可以讓學生實際操作，訓練過程中加深印象。

2、對比模具和真人的實訓，kinect的操作實訓對于場地的要求更小，而且能夠形成清晰的骨骼影像，能夠及時有效的反饋學生操作的結果，讓學生更真實的理解醫學影像操作的實際結果。

四、基于kinect的實際教學案例設計

以在《醫學影像檢查技術》第三章第三節《腕關節正位X線攝影》為例，

五、結語

本文嘗試將基于kinnect的體感技術融入到日常教學中，實時展現人體各個骨骼點之間的相對位置和變化，讓老師在進行影像檢查實訓教學時更為實時、直觀，從而達到提高教學效果的目標。未來還可以沿著這一技術路徑進一步研究相關應用，達到即利用低廉可編程的成熟體感交互技術來替代高昂的醫學影像設備進行教學的目的。