Phân tích dáng đi của người bị bệnh vẹo cột sống sử dụng đặc trưng HOG
MỞ ĐẦU
Cột sống có vai trò hết sức quan trọng trong mọi hoạt động sống của con người. Nó tạo thành bộ khung nâng đỡ cơ thể, tạo cho con người có dáng đứng thẳng, bảo vệ tủy sống và các cơ quan nội tạng trong cơ thể. Tuy nhiên, hiện nay tỉ lệ bệnh vẹo cột sống đang rất phổ biến, đặc biệt là lứa tuổi học đường.
Ngày nay, các nghiên cứu trong lĩnh vực thị giác máy tính hỗ trợ rất nhiều trong công tác y tế, đặc biệt là các nghiên cứu phân tích dáng đi giúp quan sát bệnh nhân và có thể phát hiện sớm một số bệnh tật. Ứng dụng phân tích dáng đi trong lĩnh vực y tế đã được triển khai từ rất sớm để chuẩn đoán và phát hiện các bệnh tiềm ẩn liên quan đến khung xương.
Từ hiện trạng và những lý do trên tôi xin đề xuất đề tài: “Phân tích dáng đi của người bị bệnh vẹo cột sống sử dụng đặc trưng HOG”
Mục tiêu của đề tài là xây dựng giải pháp đề xuất để phân tích dáng đi ở người bệnh vẹo cột sống, áp dụng phương pháp trích xuất đặc trưng HoG cùng với xây dựng mô hình huấn luyện dựa trên mô hình SVM để phân tích dáng đi xem người đó có bị bệnh vẹo cột sống hay không?
Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm:
- Tìm hiểu các biểu hiện lâm sàng về dáng đi của người bệnh vẹo cột sống;
- Nghiên cứu giải pháp nhận dạng dáng đi của người bị bệnh vẹo cột sống;
- Nghiên cứu các thiết bị phân tích dáng đi, những kỹ thuật trích chọn đặc trưng, những mô hình đã được sử dụng trong phân tích nhận dạng dáng đi;
- Tìm hiểu về phương pháp trích chọn đặc trưng HOG;
- Xây dựng chương trình demo để kiểm tra, đánh giá kết quả.
Luận văn tập trung tìm hiểu những vấn đề sau:
- Dáng đi của người bị bệnh vẹo cột sống;
- Các kỹ thuật nhận dạng dáng đi, các phương pháp phân tích dáng đi;
- Phương pháp trích chọn đặc trưng HoG.
Luận văn tập trung trong phạm vi nghiên cứu phân tích dáng đi với dữ liệu thu được từ camera hoặc dữ liệu có sẵn, áp dụng phương pháp trích xuất đặc trưng HoG và mô hình SVM để nhận dạng dáng đi của người bệnh vẹo cột sống.
Luận văn tập trung nghiên cứu một số lý thuyết như sau:
- Tìm hiểu các kĩ thuật xử lý ảnh;
- Tìm hiểu các kỹ thuật trích chọn đặc trưng, các mô hình sử dụng trong nhận dạng dáng đi, các thiết bị đã được sử dụng trong phân tích dáng đi;
- Tìm hiểu về phương pháp trích chọn đặc trưng HoG;
- Nghiên cứu các bài báo liên quan.
Luận văn nghiên cứu một số vấn đề về thực nghiệm như sau:
- Ghi nhận dữ liệu từ camera hoặc sử dụng dữ liệu có sẵn;
- Cài đặt thực nghiệm và đánh giá kết quả.
Kết quả thu được là cơ sở để thực hiện các nghiên cứu về dáng đi của con người để phát hiện các loại bệnh khớp khác nhau.
Góp phần hỗ trợ kịp thời trong việc phát hiện dáng đi của một người bệnh vẹo cột sống.
Vẹo cột sống (Scoliosis) là thuật ngữ để chỉ tình trạng cong của cột sống sang phía bên trục của cơ thể và vẹo của các thân đốt sống theo trục của mặt phẳng nằm ngang, do đó không còn giữ được các đoạn cong sinh lý bình thường của nó vốn có.
Cong cột sống:
- Cột sống bình thường
- Vẹo cột sống ngực – thắt lưng hình chữ S nghịch
Vẹo cột sống: Các thân đốt sống xoay theo mặt phẳng ngang.
(a) (b)
Hình 1.2. Hình dạng người bệnh vẹo cột sống.
- Cột sống bình thường (b) Vẹo cột sống
Cong vẹo cột sống được phân thành hai loại là cong vẹo không cấu trúc và cong vẹo cấu trúc.
a. Cong vẹo không cấu trúc:
Cong vẹo không cấu trúc là cong vẹo cột sống mà các đốt sống không có biến dạng về giải phẫu. Cong vẹo không cấu trúc gặp trong một số nguyên nhân như vẹo tư thế; vẹo bù trừ; vẹo cột sống do viêm.
- Cong vẹo cấu trúc
Cong vẹo cấu trúc là cong vẹo cột sống với các đốt sống bị biến dạng ở đường cong của cột sống. Trong hầu hết các trường hợp cong vẹo cấu trúc xuất hiện trước tuổi xương ngừng lớn kèm theo xoay (vẹo), bao gồm bốn loại: Cong vẹo bẩm sinh (Congentital scoliosis); Cong vẹo tự phát; Cong vẹo do bệnh thần kinh cơ (Neuromuscular scoliosis); Cong vẹo trong một số bệnh khác (Miselanous).
Thay đổi hình dáng cơ thể;
Tổn thương phổi và tim;
Vấn đề ở lưng;
Tình trạng cong vẹo cột sống có thể ít hay nhiều, từ đó dẫn đến các dị tật ở các mức độ khác nhau, thông thường có 3 cấp độ vẹo cột sống:
Cấp độ 1: biểu hiện khi cột sống đã lệch nhưng chỉ có thể phát hiện bởi các chuyên gia.
Cấp độ 2: biểu hiện khi nhìn từ phía sau đã có thể thấy cột sống cong vẹo và gù xương sườn do đốt sống bị xoay.
Cấp độ 3: biểu hiện khi có thể nhìn thấy rõ cột sống bị vẹo lệch sang bên gây ảnh hưởng nặng tới chức năng hô hấp đồng thời có thể gây ra biến dạng khung chậu, khớp háng cũng như chiều dài của lưng – thắt lưng ngắn lại hoặc xương sườn ngực bị biến dạng.
Hiện nay có một số phương pháp phát hiện bệnh vẹo cột sống trong y học, cụ thể như sau:
Phương pháp khám sàng lọc;
Phương pháp khám vẹo cột sống dùng thước đo góc hai cành hoặc dùng thước đo Scoliometer:
- Dùng thước đo góc hai cành:
Hình 1.5. Cách đo góc vẹo cột sống bằng thước đo góc hai cành.
- Dùng thước Scoliometer:
Hình 1.6. Thước đo Scoliometer và cách đo góc vẹo cột sống.
Phương pháp chụp X-quang cột sống:
Hình 1.7. Các cách đo góc Cobb.
- Ảnh hưởng của cong vẹo cột sống đến sức khỏe, học tập và hoạt động
- CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ PHÁT HIỆN BỆNH VẸO CỘT SỐNG
- Phát hiện bệnh vẹo cột sống bằng camera Kinect
Với sự hỗ trợ của Kinect, hình ảnh khung xương Kinect nhận diện được bao gồm 20 vị trí khớp thể hiện ở hình 1.6 dưới đây:
Hình 1.9. Vị trí các khớp trong khung xương Kinect.
Sau khi thử nghiệm, dựa vào các công thức để tính toán, nhóm tác giả đã thu thập được 9 giá trị xác định bởi camera Kinect.Các giá trị này được chương trình MATLAB xử lý và hiển thị các giá trị của từng đối tượng thông qua giao diện đồ họa người dùng (GUI).
Hình 1.10. Dữ liệu bộ xương từ camera Kinect
Xác định góc Cobb được thực hiện tuần tự như sau:
Hình 1.11. Trình tự thực hiện để xác định góc Cobb
Chương 1 tác giả đã trình bày tổng quan về bệnh vẹo cột sống như các lý thuyết về bệnh vẹo cột sống, nguyên nhân gây bệnh, phân loại bệnh, một số phương pháp trong y học cũng như trong công nghệ hiện nay để phát hiện bệnh vẹo cột sống.
CHƯƠNG 2 – TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH DÁNG ĐI
Phân tích dáng đi là nghiên cứu có hệ thống về vận động, cụ thể hơn là chuyển động của con người bằng sự quan sát của các nhà nghiên cứu, được tăng cường bằng các thiết bị cảm biến đo chuyển động cơ thể, camera giám sát… Bên cạnh những ứng dụng trong giám sát, tương tác người – máy, đa phương tiện và mô phỏng, việc sử dụng các hệ thống thị giác máy tính còn phục vụ cho mục tiêu chăm sóc y tế tại nhà. Các hệ thống này sử dụng camera kết nối với máy tính hoặc bộ xử lý chuyên dụng để quan sát và đánh giá dáng đi của người.
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KHOA HOC MAY TINH\TRUONG THI THE QUANG
