游戏设备的新生：呼吸系统疾病检测

一直以来，游戏设备都是年轻人消遣娱乐的工具，从索尼的PlayStation到微软的Xbox，再到任天堂的3DS和Wii，游戏界三巨头给玩家提供越来越丰盛的游戏体验。而在另一方面，随着Kinect等体感游戏设备的发布，科研人员在临床医疗发面发现了游戏设备应用的新领域。

全球第一款商业家用电子游戏机——米罗华奥德赛

包括肺癌在内的呼吸系统疾病，是英国人死亡的首要死因，每年有92万病人死亡。对肺功能和胸壁运动的评估是手术恢复、治疗反馈的关键。但是，目前缺乏一个实时、低成本的设备来完成此项工作。目前采用的方法主要是肺活量测定法。但该方法有很大的局限性，第一，肺活量测定法只能测定进出肺部的总气流量，不允许医师确定受试者肺部不同区域对呼吸运动的影响，而肺气肿、肺切除、肺塌陷等不同的肺部疾病应该监测不同的部位；第二，如肌肉无力等胸壁运动异常不能通过肺活量测定法评估；第三，肺活量测定法需要深呼吸来测定肺活量，而受试者是否努力呼吸是不确定的（如儿童，老人，听力障碍，学习困难或者语言障碍等情况）。第四，面部畸形或肌无力受试者往往无法在使用吸嘴时密封，此时测定的肺活量可能存在问题。

Kinect是一个为微软Xbox提供低成本的3D动作捕捉功能的体感设备。该装置是由红外发射器、红外接收器、彩色摄像机和麦克风阵列组成。它利用红外投影仪投射出一束红外光，产生一个人眼不可视的红外点阵图案，用以检测物体与传感器之间的距离，从而实现对人体的三维重建。

由Kinect重建吸气和呼气时的人体3D模型

在此背景下，华威大学制造工程系（WMG）的数字医疗研究院（IDH）、Inflammation研究所和HEFT信托基金会尝试研究一种实时、低成本的呼吸系统疾病评估设备。在研究中他们使用四台Kinect来观测被检测者的四个方位，对被检测者进行胸腔三维重建来确认其肺活量和胸腔运动方式。该方法采用非侵入的方式，可以准确对被检测者的呼吸功能是否存在异常进行判断。

实验过程示意图

该研究对13名正常人和9名囊性纤维化患者进行了测试，证明了3D人体重建计算的肺活量与使用肺活量计测量的肺活量数据具有良好的一致性。且系统还存在作为远程评估设备的潜力。下一步的研究将会尝试对其他呼吸系统疾病进行评估。

随着科技水平以及公民素质的提高，人们越来越注重自己的健康。如今，智能手环已经可以对心率、睡眠质量和运动量等进行评估，未来我们也可以使用智能手机、Kinect等一系列电子设备在家中对我们的健康状况进行评估，这也是我们作为医工交叉领域学生的一个美好愿景。

参考文献：Harte J M, Golby C K, Acosta J, et al. Chest wall motion analysis in healthy volunteers and adults with cystic fibrosis using a novel Kinect-based motion tracking system[J]. Medical & biological engineering & computing, 2016: 1-10.