基于双平面透视成像技术的在体颈椎生物力学研究进展

在体生物力学分析有助于深入了解颈椎不同结构的运动特点,识别异常关节活动和治疗相关疾病。然而,传统的生物力学观测方法一定程度上限制了颈椎的在体生物力学研究。经过近10年的发展,双平面透视成像系统(DFIS)实现了对动态关节运动的非侵入性的精确测量,已广泛应用于影像学评估和临床生物力学评估领域,该方法可以量化各颈椎节段的运动,并分析复杂的骨骼位置和运动模式。该文就基于DFIS技术测量健康人群和手术后患者的颈椎在体运动学研究进行综述。

双平面透视成像系统及其在膝关节生物力学研究中的应用进展

双平面透视成像系统(DFIS)经过近20年的完善与发展,目前已成为一项较成熟的生物力学研究技术。本文回顾相关文献,对DFIS的发展历史和主要结构功能进行了介绍。DFIS所具有的无创性、精确性和动态性观测的优点,使其在膝关节生物力学研究中得到广泛应用,本文也对DFIS在正常膝关节及膝关节术后生物力学研究中的应用进展进行了总结,并展望了未来可能的研究方向。

双平面正交荧光透视成像系统在运动医学领域中的应用研究进展

双平面正交荧光透视成像系统(DFIS)是一种不受皮肤、软组织误差影响,对运动无干扰、精度高、重复性高的新型非侵入性骨骼运动分析系统,近年来开始应用于运动医学领域。本研究对国内外近十年的相关文献进行了系统归纳和总结,回顾了DFIS的起源、发展和作用机制,归纳了DFIS在运动损伤机制和康复治疗中的应用和成果,如测试结果的可靠性,运动中肩关节、腰椎、膝关节和踝关节内部骨性结构位置关系及其6自由度(6DOF)运动,软骨形变、接触面积/轨迹和韧带应变等,总结了应用中遇到的问题和下一步需要攻克的难题,展望了该系统在运动损伤防治领域应用的未来。

基于平面透视投影的倾斜航空影像匹配方法

提出了基于平面透视投影的倾斜影像匹配算法。首先,算法利用倾斜影像的粗略外方位元素和内方位元素,将倾斜影像通过透视投影到测区内的平均高程面上,获得近似的正射影像;然后,利用SIFT（scale invariant feature transform）算法对近似正射影像进行匹配,并对匹配结果进行基于基础矩阵和单应矩阵双重约束的粗差剔除;最后,将获得的匹配点通过逆透视变换至原始影像上,获得原始影像的匹配结果。选取玉树倾斜影像进行匹配实验,并同SIFT算法和ASIFT（affine-scale invariant feature transform）算法进行对比。实验结果表明,该算法的匹配性能明显优于其他两种算法。

从单幅透视线图建立平面立体的模型

提出了一种基于直线解释平面立体透视投影线图的新方法。采用一种新的方法表示空间直线坐标 ,根据画出隐藏线的透视线图中隐含的约束条件 ,建立线性方程组 ,求解该线性方程组得到平面立体的三维信息。证明了解释平面立体透视投影线图至少有 4个自由度。计算和实验结果证明 ,该方法能很好地恢复平面立体的三维结构 ,研究成果可用于 CAD和计算机视觉系统。

基于改进的Benders分解与透视割平面的机组组合算法

经典的Benders分解法（BDM）将问题分解为主问题与子问题2个简单的形式进行求解,由于主问题是一个混合整数问题,其求解是BDM中最费时的部分。基于改进的BDM与透视割平面（PC）,提出一种求解火电机组组合（UC）问题的新算法。首先结合覆盖不等式提出改进的松弛型BDM;然后借助于PC和线性化技术建立UC问题的近似混合整数线性规划（MILP）模型;最后利用松弛型BDM求解该模型。包含10~1000台机组的多个系统24时段的测试结果以及与其他方法的比较说明所提算法是有效的。

求解含风电场机组组合问题的透视割平面邻域搜索算法

提出一种求解含风电场机组组合(Unit Commitment,UC)问题的透视割平面邻域搜索(Perspective Cut Neighborhood Search,PC-NS)算法。基于PC建立了含风电场UC问题的混合整数线性规划模型。以不考虑误差场景UC问题的最优解为中心构造邻域,在此邻域内搜索以获得含风电场UC问题的可行解。以此可行解为中心构造邻域,在此邻域内搜索以获得含风电场UC问题高质量的次优解。最后进行数值仿真,结果表明,所提算法能有效求解含风电场UC问题。和其他方法相比,PC-NS算法获得了更好的次优解,而且用时大大减少。

应用动态双平面成像技术研究在体肘关节主动屈伸运动特征

目的探讨健康肘关节屈伸运动时关节的相对位移和旋转角度变化,为肘关节不稳以及严重肘关节损伤的治疗提供参考。方法选取10名健康并且无上肢外伤史的受试者。应用动态双平面X线透视成像系统,测量右侧肘关节从旋后最大伸直位至旋后最大屈曲位运动过程中,肱桡与肱尺关节6自由度运动学数据。使用相关性分析评价肘关节不同自由度运动的耦合度。结果从最大伸直位到最大屈曲位,肱尺关节外翻角从15.2°±3.1°降低到5.3°±2.3°,肱桡关节外翻角从19.7°±4.2°减小到8.2°±2.4°,肱尺与肱桡关节外翻角与屈曲角呈线性相关;肱尺关节内外旋角先内旋后外旋,呈二次非线性相关,在屈曲110°时达到最大内旋值(4.0°±4.9°),后达到最大外旋值(5.1°±4.2°);肱桡关节一直呈内旋增大变化,从内旋3.2°±16.0°增加到内旋27.2°±18.0°。结论在正常肘关节屈伸过程中,肱尺关节存在外翻角线性减小、内外旋角先内旋后外旋的非线性变化,肱桡关节存在外翻角线性减小、内旋角线性增大的变化。在屈伸过程中,肘关节并非单纯铰链关节,并且肱尺、肱桡关节存在运动学差异。临床上治疗复杂肘关节损伤、肘关节不稳以及肘关节置换手术时,应考虑关节间不同运动特征,以提高术后临床效果。

基于高速荧光透视成像探究裸足与着鞋对跑步时距上和距下关节在体运动学的影响

目的:采用国内首套高速双平面荧光透视成像系统(dual fluoroscopic imagingsystem,DFIS)独立量化裸足与着鞋跑时距上和距下关节的在体六自由度(6 degree of freedom,6DOF)运动学。方法:选取12名健康男性跑者,通过计算机断层扫描获取踝中立位影像学数据,构建踝关节模型并建立距上、距下关节局部坐标系。利用DFIS采集受试者在裸足与着鞋条件下后跟着地时(3 m/s±5%跑速)的荧光成像,并通过3D-2D图像配准技术获取距上、距下关节的6DOF运动学特征。采用配对样本t检验比较2种条件下距上和距下2个关节的6DOF参数。结果:相比裸足,着鞋跑显著降低了支撑中期距上关节的峰值跖/背屈角度与整个支撑期的屈伸活动度(P<0.05);显著增加了支撑中期距下关节的峰值背屈与峰值外翻角度(P<0.05);在整个支撑期3个平动方向(内外、前后、上下)上的运动学特征无显著性差异。结论:上述发现有效弥补了现阶段采用传统测量技术只能获取单一踝关节运动学结果的缺陷;而着鞋跑显著增加了距下关节的外翻,未来研究可进一步探究距下关节外翻与跑步损伤之间的关联;同时,着鞋对踝运动的影响在距上和距下关节处的不同则强调了采用DFIS捕捉独立关节运动的重要性。

正常国人盂肱关节在不同手臂抬高平面的运动学研究

目的探究正常国人盂肱关节在外展、肩胛平面外展和前屈时的相对位移,为盂肱关节不稳及肩峰下撞击等疾病的诊断、治疗和随访提供参考依据。方法采用双平面系统结合模型-图像配准技术,测量13名健康志愿者在手臂外展、肩胛平面外展和前屈的整个过程中肱骨相对于肩胛骨的上下、前后的平移数据。结果志愿者在手臂外展、肩胛平面外展和前屈时肱骨在前后方向上的总平移量分别为(4.0±1.3)、(4.1±1.5)、(4.8±1.9)mm,上下方向的总平移量分别为(3.0±1.0)、(3.1±1.1)、(3.3±1.5)mm。在整个运动过程中,不同手臂抬高角度的上下平移量具有显著性差异,但未发现其他显著性差异。结论正常国人手臂抬高过程中,肱骨头平均位于肩胛盂的后上方,且前屈时的肱骨在上下、前后的运动范围均最大。在临床的诊断、治疗和随访过程中,患者行前屈位可能会获得更好的评估效果。

未标定的非共面P4P解数的研究

针对二参数模型的针孔摄像机,从数学上比较系统地研究了未标定情况下的非共面P4P解数问题。主要结论是当空间4个控制点不共面时,未标定的P4P问题的解仅有两种可能:至多有8个实解,而且解的上限可以达到;有无穷多解。给出了至多有8个实解和有无穷多解的代数条件以及求解未标定非共面P4P问题的具体算法。所得结果在物体定位、手眼定标、机器人导航等领域具有比较重要的理论及应用价值。

全景环形透镜环形象的线性化研究

全景环形透镜 (PAL)独特的成象性能 ,即环绕光轴 3 60°产生一个环形象且景深为无穷远 ,使得由 PAL组成的观测系统没有活动部件能同时观察透镜周围的景物 .但 PAL所成的环形象不便于人眼观察和测量 ,有畸变、失真 ,为此 ,本文根据图象坐标变换 ,实现了一种环形象的线性恢复 ,即首先将环形象线性化处理 ,再对其进行插值 ,实验结果表明线性化效果较好 .该图象处理技术可以为发挥

膝关节体内运动评估在前交叉韧带损伤重建中的应用

前交叉韧带功能缺失(ACLD)导致的关节运动学与动力学改变影响膝关节功能,甚至加剧关节磨损。这些改变无法通过前交叉韧带重建完全恢复。随着近年来光学运动捕捉系统、2D-3D配准技术及动态CT和MRI技术等在运动医学领域的应用,膝关节体内动态评估日益成熟。膝关节体内运动学分析对损伤机制研究、手术重建方式选择、术后康复指导及手术远期疗效评估具有重要参考价值。该文就各类膝关节体内运动评估技术在前交叉韧带损伤重建中的应用进行综述。

原始思维制约下的原始时空观对绘画的表现

原始思维是整个史前人类的思维方式,也是早期文明和东方民族的主要思维方式.它是人类最原初的思维,具有神秘性、情感性、互渗等特征.要讨论的是原始思维制约下的原始时空观念,及其在绘画上的表现.

双目视觉的成像模型分析

重点对双目视觉建立过程中的不同成像模型进行了分析研究,并最终找到一种适用范围更为广泛的双目视觉成像模型。

基于双平面荧光透视成像技术的足踝在体生物力学研究进展

传统医学影像方法技术上的缺陷使足踝的在体生物力学研究受到限制。双平面荧光透视成像系统可精确且非侵入性地捕捉动/静态活动中的人体关节运动,并能够量化单个骨骼的运动,分析足踝内形态不一、结构复杂的骨骼位置及运动规律,现已被广泛应用于影像学诊断和临床生物力学领域。本文回顾了双平面荧光透视成像系统于足踝在体生物力学和临床、运动医学领域内的研究与应用,总结了其在实际应用中的优势与局限性,提出今后可深入了解足踝在体运动与损伤的可行性研究方案,并给出具有建设性的意见和建议。

着鞋与裸足对跑步时第1跖趾关节的在体运动学影响

目的:采用高速双平面荧光透视成像系统(DFIS)探究着鞋与裸足条件下跑步时整个支撑阶段第1跖趾关节在体六自由度(6DOF)运动学差异。方法:招募15名健康男性跑者,通过计算机断层扫描技术重建第1跖趾关节三维骨骼模型,并建立局部坐标系。利用DFIS采集受试者着鞋与裸足下后跟着地时(跑速:3±5%m/s)的荧光成像,通过2D-3D配准技术获取第1跖趾关节支撑期6DOF运动学特征,并采用配对样本t检验比较。结果:相比裸足,着鞋1)降低了支撑期第1跖趾关节峰值内移、后移和上移活动(P<0.05);2)降低了最小、最大伸展角度和屈伸活动范围(P<0.05);3)增加了第1跖趾关节最小内收角度(P<0.05)。结论:着鞋限制了跑步支撑期第1跖趾关节屈伸运动并增加了水平面内收角度,提示着鞋可能会影响其蹬伸效果并增加拇外翻发生的风险。

基于面积比一致性的图像拼接篡改检测

提出一种基于面积比一致性的图像拼接篡改检测。利用仿射不变量——区域面积比反映平面物体的几何形变,分别在矫正图像和正投影图像上提取物体轮廓的交比谱,采用动态时间规整算法匹配形状,估计局部区域面积比。最后,定义度量误差,根据面积比一致性鉴定拼接图像。实验结果表明,该算法能够检测平面透视一致性,实现图像真实性取证。

即刻改变触地方式对着鞋跑时内侧纵弓在体运动学的影响

目的探究即刻转换触地方式对着鞋跑步时内侧纵弓在体运动学的影响。方法采用高速双平面荧光透视成像系统采集15名健康男性跑者即刻改变触地方式前后右足在跑步支撑阶段[跑速:(3±0.15)m/s]的荧光图像。根据CT图像重建第1跖骨和跟骨三维骨骼模型及其局部坐标系,并通过3D-2D配准获取内侧纵弓在跑步支撑期的6自由度(six degree of freedom,6 DOF)数据(简化为第1跖骨相对跟骨的运动)。采用一维统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)比较即刻改变触地方式前后内侧纵弓的6 DOF运动趋势,并对其特征值进行配对样本t检验。结果相比后跟跑,即刻前掌跑时,在支撑期的15%~21%第1跖骨相对跟骨的外移、支撑期17%~45%第1跖骨的前移和支撑期的18%~39%第1跖骨的背屈均显著增加(P<0.05)。即刻前掌跑时,第1跖骨相对跟骨的前移最大值、背屈最大值、前后平移活动范围及内侧纵弓压缩变化量均显著增加(P<0.05)。结论由习惯后跟跑即刻转换为前掌跑后,内侧纵弓矢状面的形变显著增加,尤其是内侧纵弓的压缩变化量增加约10%,可能有助于其弹性能量的储存与释放。