內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置及基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置及基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)，內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置，包括頭束帶以及設(shè)置在所述頭束帶上的內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元：內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元包括：重力感應(yīng)模塊、角度感應(yīng)模塊、與所述重力感應(yīng)模塊及所述角度感應(yīng)模塊連接的數(shù)據(jù)采集模塊、與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接的微型處理器以及與所述微型處理連接的傳輸模塊；頭束帶上設(shè)置對稱的兩個基座，每個所述基座包括三個呈等邊三角形排列的圓孔；內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元為長方體的盒子，所述盒子的底面包括三個呈等邊三角形排列的圓柱形固定粧，所述圓柱形固定粧對應(yīng)所述圓孔并配合在所述圓孔內(nèi)。為耳石復(fù)位法建立精確的個性化導(dǎo)航。
【專利說明】內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置及基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉一種內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置及基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]良性陣發(fā)性位置性眩暈(Benignparoxysmal posit1nal vertigo BPPV),又稱耳石癥，是一種常見的前庭末梢病變，是眩暈最常見的疾病之一，約占所有眩暈癥的17?22%,占周圍性眩暈的36.5%,目前認(rèn)為其發(fā)生的主要原因是由于脫落的耳石進(jìn)入了對運(yùn)動感應(yīng)的半規(guī)管。當(dāng)病人的頭部轉(zhuǎn)動時，脫落的耳石會在半規(guī)管內(nèi)移動，從而影響半規(guī)管的工作，引起人體對空間感知能力的下降，并伴隨著頭暈、嘔吐以及眼震等癥狀。
[0003]基于這種理論，產(chǎn)生了治療半規(guī)管良性陣發(fā)性位置性眩暈的有效方法一耳石復(fù)位法，即通過轉(zhuǎn)動病人的頭部使脫落的耳石回到原來的位置，達(dá)到治療良性陣發(fā)性位置性眩暈的目的。其基本原理是通過將人體頭部旋轉(zhuǎn)到不同的角度，利用重力作用使脫落于內(nèi)耳半規(guī)管內(nèi)的耳石滾動到前庭，使得眩暈的癥狀緩解。在具體操作中，為使得耳石能最大限度的活動必須使內(nèi)耳的半規(guī)管處于理想的位置，為此人們設(shè)計了一系列變換體位的活動姿勢，使病變半規(guī)管的相應(yīng)部位能最大限度地與重力作用線相平行，利用重力作用，使耳石向內(nèi)耳的前庭滾動，耳石的刺激癥狀得以緩解。但是由于患者體質(zhì)及操作者觀察角度原因，不能保證患者頭位準(zhǔn)確達(dá)到復(fù)位所要求的旋轉(zhuǎn)角度及位置；同時由于人體內(nèi)耳半規(guī)管存在解剖差異，按照目前復(fù)位方法所制定的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行復(fù)位，并未做到真正的個性化，影響了手法復(fù)位治療的效果。由于良性陣發(fā)性位置性眩暈容易復(fù)發(fā)并且具有不可預(yù)知性，嚴(yán)重影響日常生活、學(xué)習(xí)和工作，給患者、家庭和社會帶來極大的壓力，因此亟需有新的輔助方法能幫助臨床醫(yī)生建立準(zhǔn)確的、個性化的內(nèi)耳定位系統(tǒng)，以利于高效的施行耳石復(fù)位療法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型實(shí)施例的目的是提供一種內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置及基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置，包括重力感應(yīng)模塊、角度感應(yīng)模塊、與所述重力感應(yīng)模塊及所述角度感應(yīng)模塊連接的數(shù)據(jù)采集模塊、與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接的微型處理器以及與所述微型處理連接的傳輸模塊。
[0007]其中，所述內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置設(shè)置在頭束帶上，所述頭束帶上設(shè)置對稱的兩個基座，每個所述基座包括三個呈等邊三角形排列的圓孔；
[0008]所述內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置為長方體的盒子，所述盒子的底面包括三個呈等邊三角形排列的圓柱形固定樁，所述圓柱形固定樁對應(yīng)所述圓孔并配合在所述圓孔內(nèi)。
[0009]其中，所述傳輸模塊為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為無線保真WiFi模塊、藍(lán)牙模塊或者紅外模塊。
[0010]由上述本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，以內(nèi)耳影像學(xué)檢查資料為基礎(chǔ)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)生成個體化內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型，并利用體感傳感器對生成的模型進(jìn)行控制，將個體在不同位置情況下內(nèi)耳的空間姿態(tài)及耳石運(yùn)動軌跡完整而具體地實(shí)時呈現(xiàn)給臨床醫(yī)師，為耳石復(fù)位法建立精確的個性化導(dǎo)航。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0012]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控裝置的構(gòu)成示意圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控單元的三維位移示意圖。
[0015]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控單元的重力分解示意圖。
[0016]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的重力、角度感應(yīng)單元的電路示意圖。
[0017]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控單元的構(gòu)成示意圖。
[0018]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控單元的外部示意圖。
[0019]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控單元的側(cè)面示意圖。
[0020]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)耳姿態(tài)監(jiān)控單元的底面示意圖。
[0021]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的頭束帶的外部示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0023]目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展示了巨大的優(yōu)勢。利用人體的計算機(jī)斷層成像(Computed Tomography, CT)或磁共振成像(MagneticResonance Imaging,MRI)檢查資料,通過相應(yīng)的軟件系統(tǒng)實(shí)施內(nèi)耳結(jié)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)模型重建可以實(shí)現(xiàn)對內(nèi)耳各解剖結(jié)構(gòu)的立體顯示，建立內(nèi)耳各結(jié)構(gòu)的虛擬現(xiàn)實(shí)模型，有助于對內(nèi)耳半規(guī)管各部分空間位置的正確理解和定位。
[0024]同時體感傳感技術(shù)應(yīng)用在人機(jī)交互領(lǐng)域中所帶來的新型三維度輸入方式，不僅為使用者解除空間和線纜的束縛，在自由的空間完成相應(yīng)的人機(jī)交互，并且能夠支持同步輸入各種信息。
[0025]本實(shí)用新型實(shí)施例基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)及內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置基于上技術(shù)思路，解決如何能用體感傳感器技術(shù)將人體活動時不同體位的實(shí)時信息傳入計算機(jī)，并利用此信息控制基于個體內(nèi)耳影像資料生成的內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型進(jìn)行同步活動則可以解決現(xiàn)有耳石復(fù)位中定位不準(zhǔn)確和非個體化的問題。
[0026]因此，本實(shí)用新型實(shí)施例基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)及內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置以內(nèi)耳影像學(xué)檢查資料為基礎(chǔ)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)方法生成個體化內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型，并利用體感傳感器對生成的模型進(jìn)行控制，將個體在不同位置情況下內(nèi)耳的空間姿態(tài)及耳石運(yùn)動軌跡完整而具體地實(shí)時呈現(xiàn)給臨床醫(yī)師，為耳石復(fù)位法建立精確的個性化導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0027]本實(shí)用新型的目是通過虛擬現(xiàn)實(shí)方法和體感姿態(tài)感應(yīng)裝置，針對現(xiàn)有技術(shù)中無法監(jiān)控人體進(jìn)行耳石復(fù)位活動時內(nèi)耳姿態(tài)變換及耳石運(yùn)動軌跡變化的問題，提供一種能準(zhǔn)確、實(shí)時、個體化地監(jiān)控人體內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整的系統(tǒng)。
[0028]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置，包括重力感應(yīng)模塊111、角度感應(yīng)模塊112、與重力感應(yīng)模塊111及角度感應(yīng)模塊112連接的數(shù)據(jù)采集模塊113、與數(shù)據(jù)采集模塊113連接的微型處理器114以及與微型處理114連接的傳輸模塊115。
[0029]具體而言，所述重力感應(yīng)模塊，用于測量人體內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化時重力加速度；
[0030]所述角度感應(yīng)模塊，用于測量人體內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化時旋轉(zhuǎn)加速度；
[0031]所述數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述重力加速度和旋轉(zhuǎn)加速度；
[0032]所述微型處理器，用于控制所述數(shù)據(jù)采集模塊及所述傳輸單元，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。
[0033]傳輸單元，用于發(fā)送所述運(yùn)動數(shù)據(jù)給中央處理單元，以使所述中央處理單元驅(qū)動虛擬現(xiàn)實(shí)單元調(diào)整所述人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像以及對應(yīng)的耳石運(yùn)動軌跡。
[0034]由上述本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，治療良性陣發(fā)性位置性眩暈時進(jìn)行內(nèi)耳耳石復(fù)位，以內(nèi)耳影像學(xué)檢查資料為基礎(chǔ)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)生成個體化內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型，并利用體感傳感器對生成的模型進(jìn)行控制，將個體在不同位置情況下內(nèi)耳的空間姿態(tài)及耳石運(yùn)動軌跡完整而具體地實(shí)時呈現(xiàn)給臨床醫(yī)師，為耳石復(fù)位法建立精確的個性化導(dǎo)航。
[0035]如圖2所示，為了便于理解本實(shí)用新型實(shí)施例內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置，本實(shí)用新型實(shí)施例內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置作為基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)中的內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元，對基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)作出說明:包括內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元11、與內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元11連接的中央處理單元12，以及與中央處理單元12連接的虛擬現(xiàn)實(shí)單元13:
[0036]虛擬現(xiàn)實(shí)單元13，用于構(gòu)建人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像。
[0037]內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元11，用于人體內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化時獲取運(yùn)動數(shù)據(jù)，所述運(yùn)動數(shù)據(jù)包括重力加速度和旋轉(zhuǎn)加速度。
[0038]中央處理單元12，用于根據(jù)所述重力加速度和旋轉(zhuǎn)加速度得到內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)，驅(qū)動虛擬現(xiàn)實(shí)單元13根據(jù)所述內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)得到所述人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像中的耳石運(yùn)動軌跡。
[0039]由上述本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，治療良性陣發(fā)性位置性眩暈時進(jìn)行內(nèi)耳耳石復(fù)位，以內(nèi)耳影像學(xué)檢查資料為基礎(chǔ)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)生成個體化內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型，并利用體感傳感器對生成的模型進(jìn)行控制，將個體在不同位置情況下內(nèi)耳的空間姿態(tài)及耳石運(yùn)動軌跡完整而具體地實(shí)時呈現(xiàn)給臨床醫(yī)師，為耳石復(fù)位法建立精確的個性化導(dǎo)航。
[0040]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)可以包括計算機(jī)斷層成像(Computed Tomography, CT)或磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)檢查資料等，可以米用通用數(shù)據(jù)格式DICOM(Digital Imaging and Communicat1ns in Medicine,醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信)傳輸上述醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)，來構(gòu)建人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像。虛擬現(xiàn)實(shí)圖像如三維空間圖像。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解DICOM是醫(yī)學(xué)圖像和相關(guān)信息的國際標(biāo)準(zhǔn)，用于數(shù)據(jù)交換的醫(yī)學(xué)圖像格式。
[0041]如圖2所示，進(jìn)一步的，本實(shí)用新型實(shí)施例基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)，還可以包括與中央處理單元22連接的顯示單元24，用于顯示所述人體內(nèi)耳姿態(tài)圖像以及耳石運(yùn)動軌跡。
[0042]示例性的，中央處理單元可以通過VGA (Video Graphics Array,視頻圖形陣列)接口連接顯示單元24。示例性的，顯示單元24可以為電腦顯示器、液晶電視，等等，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道其他顯示器也可以應(yīng)用。
[0043]具體的，顯示單元24還可以連接電源裝置25，電源裝置25為顯示單元24供電。
[0044]如圖2所示，具體而言，內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元21，可以包括重力感應(yīng)模塊211，角度感應(yīng)模塊212、與重力感應(yīng)模塊211及角度感應(yīng)模塊212連接的數(shù)據(jù)采集模塊213、與數(shù)據(jù)采集模塊213連接的微型處理器214、與微型處理器214連接的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊215:
[0045]重力感應(yīng)模塊211，用于測量人體內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化時重力加速度；
[0046]角度感應(yīng)模塊212，用于測量人體內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化時旋轉(zhuǎn)加速度；
[0047]數(shù)據(jù)采集模塊213，用于采集重力加速度和旋轉(zhuǎn)加速度；
[0048]微型處理器214，用于控制數(shù)據(jù)采集模塊213及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊215，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；
[0049]無線數(shù)據(jù)傳輸模塊215，用于將所述微型處理器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)送給中央處理單元22。
[0050]示例性的，重力感應(yīng)模塊211可以為應(yīng)用三軸MEMS(Microelectro MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))的陀螺儀傳感器，等等。角度感應(yīng)模塊212可以為應(yīng)用三軸MEMS的角速度傳感器，等等。
[0051 ] 重力感應(yīng)模塊211、角度感應(yīng)模塊212，測量人體內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化時的實(shí)時重力加速度和實(shí)時旋轉(zhuǎn)加速度。
[0052]便于理解，對于三維空間，角度感應(yīng)模塊測的旋轉(zhuǎn)加速度可以是三維分量ax，ay，az，角度感應(yīng)模塊可還以測量轉(zhuǎn)動時的歐拉角Ψ、θ、φ。
[0053]下面說明內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元設(shè)計的原理。
[0054]首先，由任意三個駐點(diǎn)(如定位器)來制定內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元的相對空間坐標(biāo)初始位置。根據(jù)立體幾何公理3“經(jīng)過不在同一條直線上的三點(diǎn)，有且只有一個平面”，因此采用三駐點(diǎn)定位器能夠確定內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元所在的平面。
[0055]如圖3所示，假設(shè)內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元所在平面為XYZ，數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集周期為At，初始速度Vci = 0，初始似移為Stl = 0，t時刻的加速度為a (t)，
[0056]在連續(xù)環(huán)境下:



I
[0057]t時刻的瞬時速度R = J\ (公式I)


%



I
[0058]t時刻的位移^ =Jv(/.k//+S%，其中為系統(tǒng)O?t0時刻的位移。 (公式2)
%氣
[0059]而在實(shí)際環(huán)境中，數(shù)據(jù)采集為等距的打點(diǎn)周期，因此由原連續(xù)環(huán)境應(yīng)用于離散環(huán)境:
[0060]vn = V0+ (a0+an).Δ t/2+(a1+a2+...+aj.Δ t, η 為大于 I 的自然數(shù)； (公式3)
[0061]Sn = (ν0+νη).Δ t/2+(v1+v2+...+Vn^1).Δ t, n 為大于 I 的自然數(shù)。 (公式 4)
[0062]在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集的周期和數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)一致，采用迭代計算來節(jié)省系統(tǒng)的存儲開銷。
[0063]vn = Vn^1+ (an+an_!).Δ t/2 ；(公式 5)
[0064]Sn = Sn^1+ (vn+vn_!).At/2。(公式 6)
[0065]對于c平面內(nèi)，對于空間的X、Y、Z方向，內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元在空間不同方向的瞬時運(yùn)動速度為:
[0066]空間X 方向瞬時速度:νχ (η) = vx(n-1) + (ax (n) +ax (n-1)).Δ t/2,n 為大于 I 的自然數(shù)；
[0067](公式7)
[0068]空間Y 方向瞬時速度:vy (η) = vy (n-1) + (ay (n) +ay (n-1)).Δ t/2,n 為大于 I 的自然數(shù)；(公式8)
[0069]空間Z 方向瞬時速度:νζ (η) = vz(n-l) + (az(n)+az(n_l)).Δ t/2,η 為大于 I 的自然數(shù)
[0070](公式9)
[0071]內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元在空間不同方向的空間位移為:
[0072]空間X 方向位移:Sx(n) = Sx (n-1)+ (νχ (η)+νχ(η-1)).Δ t/2, n 為大于 I 的自然數(shù)；
[0073](公式10)
[0074]空間Y 方向位移:Sy(n) = Sy(n-1)+ (vy(n)+vy(n-1)).Δ t/2, η 為大于 I 的自然數(shù)；
[0075](公式11)
[0076]空間Z 方向位移:Sz(n) = Sz(n-1)+ (νζ(η)+νζ(η-1)).Δ t/2, n 為大于 I 的自然數(shù)。
[0077](公式12)
[0078]因此在t時亥lj，內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元的空間坐標(biāo)為(Sx (t)，Sy (t)，Sz (t))，通過對固定周期的數(shù)據(jù)采集獲取，能夠得到在離散環(huán)境下目標(biāo)物體的三維空間運(yùn)動軌跡，當(dāng)采集周期在足夠短的情況下，運(yùn)動軌跡趨于實(shí)際情況。
[0079]可以理解，人體旋轉(zhuǎn)時，人體內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化，耳石位置也會相應(yīng)發(fā)生變化。而且，人體旋轉(zhuǎn)帶動其佩戴的內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元旋轉(zhuǎn)。
[0080]內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元在空間不同方向的空間位移相當(dāng)于耳石位移量，內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元的空間坐標(biāo)為(sx(t)，sy(t)，sz(t))相當(dāng)于耳石坐標(biāo)。
[0081]而且，考慮到現(xiàn)實(shí)重力場的存在，而且系統(tǒng)的移動過程完全由人體完成，人體通過有限空間的姿態(tài)調(diào)整來獲取內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)從而糾正有病態(tài)特征的內(nèi)耳位置達(dá)到治療的目的，在這樣移動范圍小的特征下，內(nèi)耳耳石的重力加速度通過內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元的三維坐標(biāo)進(jìn)行分解:
[0082]假設(shè)內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元所在的空間坐標(biāo)表示如圖4所示，由于重力加速度的存在，必須考慮重力加速度對運(yùn)動的影響。為了便于數(shù)據(jù)分析和簡化變量，將實(shí)際的重力加速度在X、Y、Z軸方向進(jìn)行分解，分解為X、Y、Z軸方向偏移分量，重力加速度如何分解，首先來看耳石空間運(yùn)動所在的坐標(biāo)系如何經(jīng)過旋轉(zhuǎn)與內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元所在的坐標(biāo)系重合。
[0083]設(shè)耳石空間運(yùn)動所在的坐標(biāo)系為目標(biāo)坐標(biāo)系X1Y1Z1,內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元所在的坐標(biāo)系為伴隨坐標(biāo)系XYZ，假設(shè)目標(biāo)坐標(biāo)系X1Y1Z1通過歐拉角ψ、θ、Φ (用來確定定點(diǎn)轉(zhuǎn)動剛體位置的3個一組獨(dú)立角參量，由章動角、旋進(jìn)角和自轉(zhuǎn)角組成)進(jìn)行三次旋轉(zhuǎn)得到伴隨坐標(biāo)系XYZ。
[0084]三次旋轉(zhuǎn)用獨(dú)立矩陣表示為:
cosy/ ?ηψ O
[0085]Cr = - sin ψ cosy/ 0.L ° ° I
"I O O
[0086]C6= O cos# sin^ , 公式(13)
0 -sin ^ cosff
「cos湊 0 -sin磷
[0087]C4=I 0 I 0 ；
[sin# 0 cm.
[0088]那么，重力加速度g分散到XYZ的偏移分量為:
[0089]空間X方向重力加速度偏移分量:gx = g.cos Ψ ；
[0090]空間Y方向重力加速度偏移分量:gy = g.cos Θ ；
[0091]空間Z方向重力加速度偏移分量:gz = g.cos Φ ；
[0092]因此，實(shí)際通過轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系達(dá)到重力分解的目的。而且，得到耳石偏移量gx，gy，gz。
[0093]可見，通過內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元能夠直接獲取內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元所在的坐標(biāo)系的空間加速度，根據(jù)公式(7)、公式(8)、公式(9)，通過采集到的瞬時空間加速度計算得到速度，從而根據(jù)速度計算得到內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元的空間位移，再通過上述公式(13)最終計算獲取到耳石的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0094]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解坐標(biāo)系的類型不作嚴(yán)格限制。
[0095]示例性的，微型處理器214是內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元21的控制中心，可以用于控制數(shù)據(jù)采集模塊213及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊215，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，如模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道微型處理器214的功能。
[0096]微型處理器214基于ARM (Advanced RISC Machine，高級精簡指令集機(jī)器)處理器，低功耗處理器，可以應(yīng)用freescale單片機(jī)MC9508QE型號，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道的其他方式也可以應(yīng)用。
[0097]可選的，可以由微型處理器214實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊213的功能。
[0098]示例性的,無線數(shù)據(jù)傳輸模塊215可以為WiFi (Wireless Fidelity,無線保真)模塊、藍(lán)牙模塊或者紅外模塊，等等，通過WiFi (Wireless Fidelity)、藍(lán)牙等方式將所采集數(shù)據(jù)以無線發(fā)射方式傳遞給中央處理單元22。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道的其他傳輸方式也可以應(yīng)用。
[0099]進(jìn)一步的，內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元21，還包括電源模塊216，用于為內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元21提供供電。電源模塊216分別與重力感應(yīng)模塊、角度感應(yīng)模塊微型處理器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，電源模塊可以包括電源及電壓轉(zhuǎn)換線路。
[0100]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，重力感應(yīng)模塊，角度感應(yīng)模塊、微型處理器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊可集成在一起或分離，根據(jù)需要安裝。
[0101]具體如圖5所示，重力感應(yīng)模塊，角度感應(yīng)模塊的電路示意圖，直接通過一個WiFiRTTL(Time To Live，生存時間)串行轉(zhuǎn)換器，接到“3.3v串口”端，實(shí)現(xiàn)和中央處理單元直接通訊。其中:
[0102]VDD:3.3V 電源;
[0103]GND:電源地；
[0104]TX:串口輸出(TTL 3.3v)；
[0105]RX:串口輸入(TTL 3.3v)；
[0106]1:超動態(tài)檢測輸出低電平；
[0107]SCL: 12C 總線時鐘；
[0108]SDA: 12C 總線數(shù)據(jù)；
[0109]WKUP:睡眠喚醒腳，上升沿喚醒；
[0110]SCK: SPI 時鐘;
[0111]S0:SPI 從機(jī)輸出;
[0112]S1: SPI 從機(jī)輸入。
[0113]仍如圖2所示，具體而言，中央處理單元22可以包括接口模塊221、與接口模塊221連接的中央處理器222、與中央處理器222連接的數(shù)據(jù)管理分析模塊223、與數(shù)據(jù)管理分析模塊223連接的虛擬驅(qū)動運(yùn)行模塊224、與虛擬驅(qū)動運(yùn)行模塊224連接的同步信息模塊224:
[0114]接口模塊221，用于接收所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)并傳輸給中央處理器222，以及接收輸入輸出模塊233發(fā)送的數(shù)據(jù)并傳輸給顯示器24 ；
[0115]中央處理器222，用于控制數(shù)據(jù)管理分析模塊223、同步信息模塊224、虛擬驅(qū)動運(yùn)行模塊225，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；
[0116]數(shù)據(jù)管理分析模塊223，用于根據(jù)重力加速度和旋轉(zhuǎn)加速度得到內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0117]虛擬驅(qū)動運(yùn)行模塊224，用于驅(qū)動虛擬現(xiàn)實(shí)單元23根據(jù)內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)得到所述人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像中的耳石運(yùn)動軌跡；
[0118]同步信息模塊225，用于實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)耳姿態(tài)同步調(diào)整。
[0119]根據(jù)上文描述，可以知道內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)可以包括耳石位移量以及耳石偏移量。
[0120]示例性的，接口模塊221與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊215對應(yīng)，接收無線數(shù)據(jù)傳輸模塊215發(fā)送的數(shù)據(jù)，接口模塊221可以為WiFi模塊、藍(lán)牙模塊或者紅外模塊，等等。
[0121]示例性的，數(shù)據(jù)管理分析模塊223，還去除重力加速度和旋轉(zhuǎn)加速度中無效數(shù)據(jù)。如數(shù)據(jù)管理分析模塊223可以根據(jù)預(yù)設(shè)的坐標(biāo)范圍，從線速度加速度和角速度加速度坐標(biāo)值中去除無線數(shù)據(jù)，得到可用的有用數(shù)據(jù)。
[0122]示例性的，同步信息模塊225可以通過時鐘同步，避免內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整的時延過長。
[0123]示例性的，中央處理器222可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理分析模塊223、同步信息模塊225、虛擬驅(qū)動運(yùn)行模塊224的功能。
[0124]進(jìn)一步的，中央處理單元22還可以連接電源裝置226，電源裝置226為中央處理單元22供電。
[0125]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，接口模塊，中央處理器、數(shù)據(jù)管理分析模塊、同步信息模塊、虛擬驅(qū)動運(yùn)行模塊可集成在一起或分離，根據(jù)需要安裝。
[0126]可見，中央處理單元通過對采集的內(nèi)耳運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，并與虛擬現(xiàn)實(shí)單元相關(guān)聯(lián)，驅(qū)動根據(jù)個體影像學(xué)資料所建立的虛擬現(xiàn)實(shí)模型進(jìn)行同步運(yùn)動。當(dāng)內(nèi)耳姿態(tài)發(fā)生變化時，其運(yùn)動的角速度及線速度加速度也發(fā)生變化，能使所述人體內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型進(jìn)行同步變化，同時運(yùn)動軌道單元可使虛擬現(xiàn)實(shí)模型中的內(nèi)耳耳石運(yùn)動軌跡也發(fā)生相應(yīng)變化。
[0127]具體而言，仍如圖2所示，虛擬現(xiàn)實(shí)單元23可以包括虛擬現(xiàn)實(shí)重建模塊231以及與其連接的運(yùn)動軌道模塊232:
[0128]虛擬現(xiàn)實(shí)重建模塊231，用于根據(jù)人體內(nèi)耳姿態(tài)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)構(gòu)建人體內(nèi)耳姿態(tài)的虛擬現(xiàn)實(shí)圖像；
[0129]運(yùn)動軌道模塊232，用于通過中央處理單元驅(qū)動，根據(jù)所述內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)得到所述人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像中的耳石運(yùn)動軌跡。
[0130]示例性的,虛擬現(xiàn)實(shí)重建模塊231可以應(yīng)用OpenGL(OpenGraphicsLib),根據(jù)人體內(nèi)耳姿態(tài)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)構(gòu)建人體內(nèi)耳姿態(tài)的虛擬現(xiàn)實(shí)3維圖像。
[0131]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解OpenGL是一套三維圖形處理庫，是基于重建矩陣法，應(yīng)用OpenGL(OpenGraphicsLib)構(gòu)建人體內(nèi)耳姿態(tài)的虛擬現(xiàn)實(shí)3維圖像,在此不展開敘述。
[0132]具體的，虛擬現(xiàn)實(shí)重建模塊231，可以預(yù)先根據(jù)不同的人體內(nèi)耳姿態(tài)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)(如CT圖)構(gòu)建不同的人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像，例如，構(gòu)建男士內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像模板，女士內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像模板，老人內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像模板，兒童內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像模板等等，作為一類人群的模板，省去針對每個檢查個體需要單獨(dú)獲取至少一張醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像的步驟，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，由于應(yīng)用模板，則定位及模擬的準(zhǔn)確度會有略微降低。
[0133]或者，虛擬現(xiàn)實(shí)重建模塊231，針對每個檢查個體，根據(jù)其人體內(nèi)耳姿態(tài)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)確定內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元11與內(nèi)耳相對位置，以及構(gòu)建人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)圖像。這里，需要在進(jìn)行內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控前，進(jìn)行內(nèi)耳影像學(xué)檢查，并采集姿態(tài)數(shù)據(jù)，來定位內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元與內(nèi)耳相對位置，由虛擬現(xiàn)實(shí)單元利用所獲醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型及耳石運(yùn)動軌跡模擬構(gòu)建位置，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以提高則定位及模擬的準(zhǔn)確度。
[0134]示例性的，可以初始預(yù)設(shè)耳石位于內(nèi)耳半規(guī)管，運(yùn)動軌道模塊232在中央處理單元12的驅(qū)動下，根據(jù)內(nèi)耳姿態(tài)數(shù)據(jù)得到體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)3維圖像中耳石運(yùn)動軌跡，并以閃爍光斑表示耳石位置。實(shí)現(xiàn)上，可以將耳石運(yùn)動軌跡浮于人體內(nèi)耳姿態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)3維圖像上。
[0135]進(jìn)一步的，虛擬現(xiàn)實(shí)單元23，還可以包括輸入輸出模塊233，用于接收中央處理單元22發(fā)送的運(yùn)動數(shù)據(jù)并輸出給運(yùn)動軌道模塊232，以及接收運(yùn)動軌道模塊232的數(shù)據(jù)并輸出給中央處理單元22，進(jìn)而由中央處理單元22輸出到顯示器進(jìn)行顯示。
[0136]可見，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)通過集成了計算機(jī)圖形技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的處理,可將人體內(nèi)耳影像學(xué)資料進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)重建生成內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型；運(yùn)動軌道模塊對耳石在內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整時的運(yùn)動軌跡、方向、速度進(jìn)行分析與管理，實(shí)現(xiàn)所述內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元數(shù)據(jù)與內(nèi)耳實(shí)時場景聯(lián)動模擬，內(nèi)耳耳石在內(nèi)耳內(nèi)的運(yùn)動軌跡可視化。
[0137]下面，進(jìn)一步結(jié)合上述中央處理單元，如圖6所示，說明內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元，包括重力感應(yīng)模塊611，角度感應(yīng)模塊612、數(shù)據(jù)采集模塊613、微型處理器614、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 615。
[0138]重力感應(yīng)模塊611，角度感應(yīng)模塊612采集內(nèi)耳姿態(tài)后，由數(shù)據(jù)采集模塊613采集傳感器信號，微型處理器614對采集的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊615輸出數(shù)據(jù)。
[0139]如圖7所示，內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元可以為一個長方體盒子，盒子的一側(cè)面設(shè)置一個電源開關(guān)70，盒子的頂面可以設(shè)置多個指示燈，如正常指示燈71用于提示內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元正常工作，電源指示燈72用于提示電源開通，無線指示燈73用于提示無線傳輸開通，等坐寸ο
[0140]如圖8所示,盒子的一側(cè)面可以設(shè)置一個USB(Universal Serial Bus,通用串行總線)接口 81，用于數(shù)據(jù)的傳輸和充電，該USB接口可為mini USB接口。
[0141]如圖9所示，盒子的底面可以包括三個呈等邊三角形排列的圓柱形固定樁91。
[0142]對應(yīng)的，參考圖10所示，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)還可以包括頭束帶，所述頭束帶上對稱設(shè)置2個非金屬基座，每個基座包括3個圓孔型101，圓孔型底座101呈等邊三角形排列，圓柱形固定樁91與圓孔101對應(yīng)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元固定設(shè)置在頭束帶上。
[0143]頭束帶結(jié)構(gòu)簡單，易攜帶。頭束帶為可調(diào)節(jié)長度式的，可以適應(yīng)不同頭圍的人使用。頭束帶上包含兩塊左右對稱的、固定內(nèi)耳姿態(tài)捕獲模塊所需的非金屬基座，基座位置可以對應(yīng)人體耳廓位置，即佩戴時內(nèi)使耳姿態(tài)捕獲單元接觸人體耳廓，便于人體進(jìn)行影像學(xué)檢查時進(jìn)行內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元位置的定位，監(jiān)測時通過所述頭束帶將所述內(nèi)耳姿態(tài)捕獲模塊固定在頭部，其位置和方向與內(nèi)耳在進(jìn)行影像學(xué)檢查和內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控時始終處于相對恒定和一致狀態(tài)，使內(nèi)耳的虛擬現(xiàn)實(shí)模型與人體內(nèi)耳的空間定位保持一致，確保在頭顱運(yùn)動時所述內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元監(jiān)控到內(nèi)耳的同步運(yùn)動。
[0144]在進(jìn)行內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控前，首先佩戴頭束帶進(jìn)行內(nèi)耳影像學(xué)檢查，并采集姿態(tài)數(shù)據(jù)，來定位內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元與內(nèi)耳相對位置，由虛擬現(xiàn)實(shí)單元利用所獲醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型及耳石運(yùn)動軌跡模擬構(gòu)建位置。
[0145]綜合上述描述，可見本實(shí)用新型實(shí)施例基于虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)，利用人體的影像學(xué)檢查資料進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)重建，構(gòu)建個體化的人體內(nèi)耳虛擬現(xiàn)實(shí)模型，利用佩戴頭束帶中的非金屬基座進(jìn)行內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元的空間定位，確保對內(nèi)耳姿態(tài)變換的同步準(zhǔn)確感應(yīng)。通過內(nèi)耳姿態(tài)捕獲單元對人體內(nèi)耳姿態(tài)調(diào)整的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和無線傳輸驅(qū)動內(nèi)耳虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)內(nèi)耳姿態(tài)的調(diào)整實(shí)時同步監(jiān)控與記錄；通過運(yùn)動軌道模塊進(jìn)行與人體內(nèi)耳的實(shí)時場景聯(lián)動軌跡運(yùn)動模擬，實(shí)現(xiàn)內(nèi)耳耳石運(yùn)動軌跡的同步運(yùn)動變化可視化，幫助醫(yī)務(wù)人員了解人體內(nèi)耳姿態(tài)變換的具體特點(diǎn)，給通過變換內(nèi)耳姿態(tài)施行耳石復(fù)位治療的臨床醫(yī)生提供一個準(zhǔn)確可靠的虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0146]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置，其特征在于，包括重力感應(yīng)模塊、角度感應(yīng)模塊、與所述重力感應(yīng)模塊及所述角度感應(yīng)模塊連接的數(shù)據(jù)采集模塊、與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接的微型處理器以及與所述微型處理連接的傳輸模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置，其特征在于，所述內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置設(shè)置在頭束帶上，所述頭束帶上設(shè)置對稱的兩個基座，每個所述基座包括三個呈等邊三角形排列的圓孔； 所述內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置為長方體的盒子，所述盒子的底面包括三個呈等邊三角形排列的圓柱形固定樁，所述圓柱形固定樁對應(yīng)所述圓孔并配合在所述圓孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)耳姿態(tài)捕獲裝置，其特征在于，所述傳輸模塊為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為無線保真WiFi模塊、藍(lán)牙模塊或者紅外模塊。
【文檔編號】A61B5/11GK204016295SQ201420201185
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】田永勝, 余慶東, 焦鵬 申請人:田永勝, 余慶東, 焦鵬