TÉRBELI HUMÁNMORFOLÓGIAI MÉRÉSEK

DR MOLNÁR BENCE

Dolgozatom célja a különböző orvosi és antropológiai információk egységes megjelenítési lehetőségeinek bemutatása. Az egységes bemutatás segíti az összefüggések megtalálását a különböző adatforrások között, mindezt különösen segíti, ha a megjelenítés térben lehetséges. A térbeli megjelenítéshez szükséges egy térbeli referencia rendszer, melyben a vizsgált személy modellje és a begyűjtött információk egységesen elhelyezhetőek.

terbeli1

1. ábra Az emberi test bemutatását beszédessé teszik a helyi információk

A térinformatikában jellemzően többfajta adatot kell egyszerre kezelni, melyeknek időbeni változása és a hely- és helyzetinformációkat is kezelni szükséges. Az emberi test vizsgálata során a szervi elváltozásokon kívül fontos a testalkat, pontosabban fogalmazva a test geometriájának és morfológiájának ismerete is. Értékes információkat rejthet a test gyerekkori fejlődése, a testtömeg, testmagasság, illetve a test vázát adó csontozat ismerete is.

Megállapítható, hogy az emberi test térbeli modellje tehát mind a térbeli vonatkoztatási rendszer alapjául szolgál, mind élettani információkat is hordoz. A térmodell megalkotása azonban különböző nehézségekbe ütközik. Az orvosi képalkotásban sűrűn használt CT és MR felvételek ugyan képesek térbeli adatok gyűjtésére, de ezek igen költséges eljárások illetve a kapacitások is végesek, éppen ezért a legritkább esetben készül egész testet érintő felvételezés. Az adatgyűjtés sebessége kritikus lehet, hiszen az adatgyűjtést életteli embereken kell végrehajtani, akik hely- és helyzetváltoztatásra képesek. Az emberi test morfológiája másodpercről másodpercre változik, gondoljunk csak az arc mimikájára, a lélegzésre vagy az állás közbeni terhelés elosztásra az egyik illetve másik lábunk között. Ebből kiindulva tehát csak olyan adatgyűjtési eljárás alkalmazható, mely gyors (nagyságrendileg 1 másodperc körül) adatnyerést tesz lehetővé, ilyen például a fényképezés eljárása. Figyelembe véve az emberi test tagoltságát és hogy a hagyományosan és olcsón elérhető eljárások az optikai összeláthatóságot (azaz a kitakart objektumok nem modellezhetőek) feltételezik, az egy álláspontból történő adatnyerés nem megvalósítható. Ezért több adatnyerő eszköz egyidejű használata és szinkronizációja szükséges.

Az adatgyűjtést ezek alapján tehát nem valami pontszerű vizsgálattal érdemes végezni, hanem több pontot egyidejűleg mérő eljárással, mint például a fényképek használata. A fényképek alapján történő modellezés alapelveit a fotogrammetria tudománya tisztázza. Az eljárás lényege hogy a vizsgálandó objektumról több, eltérő helyről készült fénykép készül. A képek a fényképezés során az optika geometriai tulajdonságai miatt torzításokat szenvednek el, ezért szükséges azok geometriai javítása. Az optikai elrajzolás javítását követően a képpárokon történő tárgyazonosítás alapján kapott koordinátákat az úgynevezett kollinearitási egyenletekbe való behelyettesítésével elvégezhető a térbeli modell pontonkénti előállítása. Az így kapott pontok halmaza – pontfelhő – között kis háromszögek alkotásával lehet előállítani a felületmodellt.

A fotogrammetria módszerével történő modellalkotás nehézsége a képek közötti azonos pontok megtalálása, mindezt megfelelő pontsűrűséggel. Ez emberi bőr textúrájának alacsony változatossága miatt ez igen nehéz feladat, ezért gyakran valamilyen mintázat vetítésével próbálják ezt a problémát megoldani. Egy másik megoldási lehetőség hogy a fényképeket nem a látható fény tartományában végezzük, hanem valamely infravörös tartományban. A mélységkamerák a színes kamerákhoz hasonló felvételeket készítenek, csak a látható színek helyett a vizsgált objektum távolságát adják vissza képpontonként.

terbeli2terbeli3terbeli4

2. ábra Színes kép (a), mélységkép (b), intenzitáskép (c)

A méréshez egy infravörös tartományban működő projektort és egy hozzá tartozó kamerát használnak. A távolság számításhoz vagy a fénysugár visszatéréséhez szükséges időt rögzíti, vagy a fotogrammetriához hasonlóan a parallaxismérést veszik alapul.

terbeli5

3. ábra parallaxis mérés elve

A Microsoft XBOX 360 játékkonzoljához kapható kiegészítő mozgásérzékelő – Kinect – valójában egy olcsó mélységkamera. Ennek segítségével másodpercenként 30 mélységkép rögzíthető, képenként 300 000 térbeli pontot adva eredményül, mindezt színinformációval kiegészítve.

terbeli6

4. ábra MS Kinect

A mélységképek feldolgozásával lehetővé válik az emberi alak felismerése, alapfokú anatómiai vizsgálata is, beleértve a csontváz pillanatnyi térbeli elrendezését is. Az eszköz segítségével tehát a modellezendő tárgyak látható részeik jól modellezhetőek. A teljes embermodellhez azonban szükség van a nem látható felületrészek vizsgálatára is. Ehhez vagy a szenzor mozgatására van szükség, vagy több szenzorral történő adatgyűjtésre. Előbbi esetben a vizsgált személy mozdulatlanságát feltételezzük, ha ez a feltétel nem teljesül, akkor az geometriai hibákhoz vezet. Mindkét esetben megoldandó a mérések egy rendszerbe való illesztése, mely a térbeli transzformációs paraméterek meghatározását jelenti. Mivel a mérések méretaránya azonosnak tekinthető, csak a térbeli eltolás és elforgatás meghatározása a cél. A transzformációs paraméterek meghatározása lehetséges mindkét pontfelhő között jól azonosítható pontok – illesztőpontok – segítségével, vagy a teljes pontfelhők átfedő részének legjobb egymáshoz simulásának meghatározásával, esetleg azok más módszerekkel való meghatározásával.

terbeli7

5. ábra Emberi arc pontfelhője

A térbeli pontok közé felület illesztésével folytonos felület állítható elő mely referencia rendszerként szolgál és lehetővé válik a látványos megjelenítés. A modell előállítását követően felhasználható az térbeli térinformációs rendszer építéséhez is, lehetővé válik az információk térbeli megjelenítése, azok térbeli elemzése és végső soron a térbeli összefüggések felismerése. Végső soron tehát az egészségügyi problémák az eddigieknél sokkal magasabb fokon orvosolhatóakká válnak, a komplex problémákra komplex megoldások adhatóak.

terbeli8

6. ábra Emberi fül felületmodellje