虚拟现实技术在医学临床方面应用素材类PPT.ppt

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1、一、一、概述概述二、二、生物医学工程研究的主要内容生物医学工程研究的主要内容三、三、医院中的生物医学工程医院中的生物医学工程临床工程临床工程四、四、医学虚拟现实医学虚拟现实2一、概述一、概述定义定义内涵内涵特点特点3什么叫生物医学工程什么叫生物医学工程生物医学生物医学工程（工程（Biomedical Engineering,BME）是运用自然科学和工程技术的原理和方法，）是运用自然科学和工程技术的原理和方法，研究人的生理、病理过程，揭示人体的生命现象，研究人的生理、病理过程，揭示人体的生命现象，并从工程角度解决防病治病问题的一门并从工程角度解决防病治病问题的一门综合性学科。综合性学科。一、概述

2、一、概述4美国国立卫生研究院有关名词命名专家组的定义：美国国立卫生研究院有关名词命名专家组的定义：生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究：程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究：提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识；提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识；开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法；息学方法；用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的。用于疾病预防、诊断

3、和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的。一、概述一、概述5 早期的生物医学工程也称为早期的生物医学工程也称为医学工程学医学工程学(Medical(Medical Engineering)Engineering)：综合运用数理科学原理和现代工程技术研：综合运用数理科学原理和现代工程技术研究和解决究和解决基础医学基础医学和和临床医学临床医学中问题的分支学科。中问题的分支学科。临床工程学临床工程学（或临床医学工程学）（或临床医学工程学）(Clinical Engineering)(Clinical Engineering)：综合运用数理科学原理和现代工程技术的理论和方法研究、综合运用数理科学原理和现代

4、工程技术的理论和方法研究、解决解决临床医学临床医学实际问题的分支学科。实际问题的分支学科。一、概述一、概述6 生物医学工程是工程学与生物医学结合的产物生物医学工程是工程学与生物医学结合的产物 理念上是综合与分析的结合理念上是综合与分析的结合 结果上是工程技术或产品为生物医学服务结果上是工程技术或产品为生物医学服务一、概述一、概述7工程学（综合）生物医学工程学科的内涵生物医学工程学科的内涵工程学（综合）信息反馈市场产品生物医学（分析）医学检验装置开发理论想法8生物医学工程学科的特点生物医学工程学科的特点生物生物医学医学工程学工程学工程学工程学电子学电子学计算机科学计算机科学力学力学材料科学材料科

5、学机械制造学机械制造学 -生物医学生物医学生物学生物学神经科学神经科学内科学内科学外科学外科学矫形科学矫形科学-综合综合分析分析9二、生物医学工程二、生物医学工程 主要研究内容主要研究内容10 医学道德与伦理医学道德与伦理 解剖与生理解剖与生理 生物力学生物力学 康复工程与辅助技术康复工程与辅助技术 生物材料学生物材料学 组织工程学组织工程学 生物医学仪器生物医学仪器 生物医学传感器生物医学传感器 生物信号处理生物信号处理 生物电现象生物电现象 生物医学工程主要研究内容生物医学工程主要研究内容生物系统建模与仿真生物系统建模与仿真基因组学和生物信息学基因组学和生物信息学计算生物学与复杂性理论计算

6、生物学与复杂性理论放射成像放射成像医学成像医学成像光学和激光在生物医学中光学和激光在生物医学中的应用的应用数字化医疗设备和技术数字化医疗设备和技术微型诊疗系统微型诊疗系统 11生物材料的应用生物材料的应用12模型及仿真的实例模型及仿真的实例心脏模型的计算机仿真心脏模型的计算机仿真膝关节模型的计算机仿真膝关节模型的计算机仿真13电学模型电学模型计算机模型计算机模型教学模型教学模型力学模型力学模型心脏心脏14微型诊疗系统微型诊疗系统消化道检测胶囊消化道检测胶囊 电路板传感器阵列旋转内部小丸而露出传感器7mm7mm电池储药仓旋转内部小丸而释放药物诊断治疗美国SmartPill Diagnositic

7、s,Inc.研制的SmartpillTM 智能药丸，用于监测胃肠道压力和肠道运转时间。美国美国Medtronic公司的公司的BravoTM 药丸可吸附在食药丸可吸附在食道上实时监测道上实时监测PH值，已进值，已进入临床。入临床。15消化道微型手术机器人消化道微型手术机器人 微型针摄像头温度/PH/化学传感器微型泵连接机构生物材料射频模块微型电池信号处理芯片系统运动机构无线能量耦合单元微吮吸单元硬度传感器韩国胶囊式内窥镜机器人（韩国胶囊式内窥镜机器人（Endoscopic microcapsule），），在多关节式药丸系统中，集成了微型摄像头、微型泵、在多关节式药丸系统中，集成了微型摄像头、微型

8、泵、组织活检钳、组织活检钳、PH值传感器等微型设备，系统具有主值传感器等微型设备，系统具有主动运动与姿态控制功能，可以完成局部药物释放、图动运动与姿态控制功能，可以完成局部药物释放、图像采集、像采集、PH值测定、组织活检、治疗等多种功能。值测定、组织活检、治疗等多种功能。16三、医院中的生物医学工程三、医院中的生物医学工程 临床工程临床工程17 临床临床工程的定义与内涵工程的定义与内涵 医疗仪器设备工程医疗仪器设备工程 医院信息工程医院信息工程 医疗影像信息工程医疗影像信息工程 远程医疗工程远程医疗工程 临床临床诊断医疗工程诊断医疗工程 临床工程的学科建设临床工程的学科建设临床工程临床工程18

9、临床工程学临床工程学临床工程临床工程医疗仪器医疗仪器设备工程设备工程医院医院信息工程信息工程医疗医疗影像工程影像工程远程医疗远程医疗诊断医疗诊断医疗工程工程临床工程学临床工程学 (Clinical Engineering)(Clinical Engineering)：综合运用数理科学原理和现代工程技术的综合运用数理科学原理和现代工程技术的理论和方法研究、解决临床医学实际问题的理论和方法研究、解决临床医学实际问题的分支学科。分支学科。19 国家教委国家教委已在已在2004年明确我国生物医学工程专业教育的年明确我国生物医学工程专业教育的方向和目标，从生物医学工程与仪器、生物材料与组织工方向和目标，

10、从生物医学工程与仪器、生物材料与组织工程、生物医学信息、临床工程四个方向向国际先进水平靠程、生物医学信息、临床工程四个方向向国际先进水平靠近。近。国家卫生部医院管理研究所和中华医学会医学工程学会也国家卫生部医院管理研究所和中华医学会医学工程学会也于于2005年开始了年开始了“临床工程师资格认证临床工程师资格认证”工作。工作。尽管尽管还没有相应的法律、法规支持和纳入规范化，还没有相应的法律、法规支持和纳入规范化，但但 这这一大步的前进仍具有可喜可贺的里程碑意义一大步的前进仍具有可喜可贺的里程碑意义。BMEBME专业教育和人才培养专业教育和人才培养20临床诊断医疗工程临床诊断医疗工程临床诊断医疗工

11、程临床诊断医疗工程 计算机辅助外科手术计算机辅助外科手术 放射治疗系统放射治疗系统 虚拟现实技术在虚拟现实技术在 医学中的应用医学中的应用理疗理疗 影像诊断影像诊断21（一）、定义（一）、定义利用数字影像、计算机及空间定位技术制定合利用数字影像、计算机及空间定位技术制定合理的手术方案并进行手术模拟。理的手术方案并进行手术模拟。CASCAS基于计算机，对大量数据信息高速处理及控制更安基于计算机，对大量数据信息高速处理及控制更安全、更准确。全、更准确。它可以对图像进行三维重建和融合，术前充分评估患者它可以对图像进行三维重建和融合，术前充分评估患者的情况，规划手术路径、方案，模拟手术。术中追踪手的情

12、况，规划手术路径、方案，模拟手术。术中追踪手术器械，引导手术。确定手术范围，从而使外科手术更术器械，引导手术。确定手术范围，从而使外科手术更加精确、安全和微创化。加精确、安全和微创化。计算机辅助外科手术计算机辅助外科手术(computer aided surgery(computer aided surgery，CAS)CAS)22医学图像医学图像CTMRIPETDSADRI外科医生外科医生结合图像结合图像立体定位系统立体定位系统光学定位光学定位机械机械定位定位超声定位超声定位电磁定位电磁定位患者患者手术手术器械器械配合配合配准配准跟踪跟踪三维三维显示显示（二）、组成（二）、组成231 1、光

13、学定位法、光学定位法2 2、机械手定位法、机械手定位法3 3、超声波定位法、超声波定位法4 4、电磁定位法、电磁定位法5 5、混合定位系统、混合定位系统（三）、立体定位系统（三）、立体定位系统24（四）、配准（四）、配准用计算机图像处理技术将各种影像模式投影在一个坐用计算机图像处理技术将各种影像模式投影在一个坐标系下，融合成新的医学模式。按操作分为标系下，融合成新的医学模式。按操作分为:基于外部特征基于外部特征基于内部特征基于内部特征25（五）、应用（五）、应用 神经外科术神经外科术 血管畸形手术血管畸形手术 脊椎手术脊椎手术 内镜手术内镜手术 关节置换手术关节置换手术 耳鼻喉科手术耳鼻喉科手

14、术 骨科手术骨科手术 教学教学 26四、医学虚拟现实四、医学虚拟现实计算机和电子技术创造的新世界计算机和电子技术创造的新世界看似真实的模拟世界看似真实的模拟世界27 虚拟现实（虚拟现实（Virtual RealityVirtual Reality，VRVR）：一种基）：一种基于可计算信息的沉浸式交互环境。于可计算信息的沉浸式交互环境。采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象

15、进行交互、相互影响，从而产生等同亲临真实环境进行交互、相互影响，从而产生等同亲临真实环境的感受和体验。的感受和体验。虚拟现实虚拟现实28虚拟现实虚拟现实_ _范畴范畴虚拟现实是高度发展的计算机技术在虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映。各种领域的应用过程中的结晶和反映。图形学图形学图像处理图像处理模式识别模式识别网络技术网络技术并行处理并行处理人工智能人工智能数学数学物理物理通信通信气象气象地理地理美学美学心理学心理学社会学社会学29虚拟现实虚拟现实_ _关键技术关键技术1.1.实物虚化：实物虚化：现实世界空间向多维信息化空间的一现实世界空间向多维信息化空间的一种映

16、射，主要包括基本模型构建、空间跟踪、声种映射，主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等音定位、视觉跟踪和视点感应等 。2.2.虚物实化：虚物实化：确保用户从虚拟环境中获取同真实环确保用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知。官认知。3.3.高性能计算处理技术：高性能计算处理技术：主要包括数据转换和数据主要包括数据转换和数据预处理技术；实时、逼真图像生成与显示技术；预处理技术；实时、逼真图像生成与显示技术；多种声音的合成与声音空间化技术等。多种声音的合成与声音空间化技术等。30虚拟现实虚拟现实_ _特点特点1.沉浸感沉浸感(Immersive):用户将感觉不到身体用户将感觉不到身体所处的外部环境而所处的外部环境而“融合融合”到虚拟世界中去到虚拟世界中去;2.交互性交互性(Interactive):用户可通过三维交互用户可通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象并获得反馈设备直接控制虚拟世界中的对象并获得反馈;虚拟环境中人的参与与虚拟环境中人的参与与反馈反馈人机交互人机交互的有效性的有效性人