本文關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的虛實(shí)配準(zhǔn)方法研究

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【摘要】：在外科診斷和手術(shù)中,能否準(zhǔn)確定位病灶,對手術(shù)的時(shí)間長短、難易程度以及最終效果都有直接的影響。顱內(nèi)有很多人體重要的神經(jīng)以及血管組織,因此,顱內(nèi)病灶定位最為復(fù)雜和困難。為提高顱內(nèi)病灶診斷及定位的準(zhǔn)確性,本文將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入顱內(nèi)病灶定位中,設(shè)計(jì)并建立了一套醫(yī)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),結(jié)合醫(yī)學(xué)圖像的三維模型重建方法和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的虛實(shí)配準(zhǔn)技術(shù),進(jìn)行虛擬顱骨模型和真實(shí)顱骨之間的虛實(shí)配準(zhǔn),從而實(shí)現(xiàn)對顱內(nèi)病灶的直觀三維顯示及定位。本文的研究能夠滿足顱內(nèi)病灶定位的初步應(yīng)用,具有重要的研究意義和應(yīng)用前景。具體的研究工作包括如下內(nèi)容:1.在充分考慮真實(shí)手術(shù)環(huán)境的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并建立了一套顱內(nèi)病灶定位增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)制作了配準(zhǔn)支架,將其固定在顱骨表面,用于模型重建部分的精度分析和虛實(shí)配準(zhǔn)過程的輔助操作。2.針對二維醫(yī)學(xué)圖像診斷不直觀的問題,利用CT圖像對顱骨模型進(jìn)行了三維重建,并在重建的模型內(nèi)部添加了虛擬病灶。研究了基于MC算法的三維重建方法,并對重建后的虛擬顱骨模型進(jìn)行優(yōu)化,使虛擬模型在還原真實(shí)顱骨結(jié)構(gòu)的同時(shí),還具有逼真的材質(zhì)、光照等顯示效果,從而增強(qiáng)虛實(shí)配準(zhǔn)的最終融合顯示。3.由于三維顱骨模型的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,針對僅依賴平面標(biāo)識很難實(shí)現(xiàn)虛擬顱骨和真實(shí)顱骨在位置和角度上精確配準(zhǔn)的問題,提出了結(jié)合標(biāo)識和配準(zhǔn)支架的虛實(shí)配準(zhǔn)方法,并給出虛實(shí)配準(zhǔn)結(jié)果的主觀顯示和客觀數(shù)據(jù)分析,對該方法的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。4.對本文所有的研究方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明,本文的重建算法能夠較為準(zhǔn)確的還原真實(shí)顱骨的三維結(jié)構(gòu),通過對配準(zhǔn)支架上小球的相對距離的誤差分析可知,重建精度可達(dá)到0.23mm,能夠滿足本文對虛擬顱骨模型的重建精度要求。本文的虛實(shí)配準(zhǔn)方法,能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬顱骨和真實(shí)顱骨的虛實(shí)配準(zhǔn)和融合顯示。選取任意四幀圖像,利用圖像點(diǎn)和對應(yīng)的注冊矩陣,求得標(biāo)識坐標(biāo)下對應(yīng)點(diǎn)的空間坐標(biāo),將其與真實(shí)的空間坐標(biāo)進(jìn)行對比,計(jì)算得到其平均誤差為0.88mm,符合本文對虛實(shí)配準(zhǔn)過程的精度需求。
【關(guān)鍵詞】：病灶定位 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) MC算法 虛實(shí)配準(zhǔn)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題提出與研究意義10-12
• 1.1.1 課題提出10-11
• 1.1.2 課題的研究意義11-12
• 1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 醫(yī)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛實(shí)配準(zhǔn)方法研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 存在的主要問題18
• 1.5 課題的主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 顱內(nèi)病灶定位增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-30
• 2.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-23
• 2.1.1 系統(tǒng)組成及配準(zhǔn)支架設(shè)計(jì)20-21
• 2.1.2 系統(tǒng)工作流程分析21-23
• 2.2 虛實(shí)配準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)分析23-26
• 2.2.1 基于標(biāo)識的跟蹤注冊技術(shù)25
• 2.2.2 基于自然特征的跟蹤注冊技術(shù)25-26
• 2.3 攝像機(jī)成像模型分析26-29
• 2.3.1 坐標(biāo)系定義及變換26-29
• 2.3.2 非線性畸變優(yōu)化29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基于MC算法的虛擬顱骨模型重建及優(yōu)化30-42
• 3.1 CT圖像三維重建過程設(shè)計(jì)30-33
• 3.1.1 重建過程設(shè)計(jì)30-31
• 3.1.2 圖像預(yù)處理31-33
• 3.2 醫(yī)學(xué)圖像剛性配準(zhǔn)研究33-34
• 3.2.1 剛體變換33-34
• 3.2.2 單模態(tài)圖像配準(zhǔn)函數(shù)選取34
• 3.3 基于CT圖像的模型重建及優(yōu)化34-41
• 3.3.1 基于MC算法的虛擬模型重建35-39
• 3.3.2 虛擬模型優(yōu)化及模型導(dǎo)出39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 基于標(biāo)識的虛實(shí)配準(zhǔn)方法研究42-54
• 4.1 ARTool Kit的工作流程分析42-43
• 4.2 基于標(biāo)識的虛實(shí)配準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)研究43-46
• 4.2.1 配準(zhǔn)標(biāo)識的提取43-45
• 4.2.2 圖像匹配過程的相似性度量分析45-46
• 4.3 攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)及注冊矩陣求解46-52
• 4.3.1 攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)求解46-50
• 4.3.2 注冊矩陣求解50-52
• 4.3.3 非線性最小二乘法優(yōu)化52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第5章 實(shí)驗(yàn)研究54-68
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件組成及軟件算法流程54-57
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成54-55
• 5.1.2 軟件算法流程55-57
• 5.2 虛擬顱骨模型重建實(shí)驗(yàn)57-61
• 5.2.1 基于MC算法的顱骨模型重建實(shí)驗(yàn)57-59
• 5.2.2 重建模型的誤差分析59-61
• 5.3 虛實(shí)配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)61-66
• 5.3.1 攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)61
• 5.3.2 基于標(biāo)識的虛實(shí)配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)分析61-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 第6章 全文總結(jié)與展望68-70
• 6.1 全文總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 作者簡介及科研成果76-78
• 致謝78

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