基于增强现实的精准术前规划技术研究
发布时间：2022-01-04 16:42
精准术前规划技术可以在手术前进行对病人的情况做一个全面的了解,并在手术的操作前进行合理的规划。能够提高医生手术的精确性和高效性,并保障病人的安全性,此领域引起国内外学者和研究人员的重视。本文围绕基于增强现实的精准术前规划展开研究,通过医学图像与增强现实技术相结合,将人体扫描的二维DICOM图像经过处理后应用到增强现实环境下,然后进行相应的可视化虚拟操作与分析,设计与实现基于增强现实的精准术前规划研究。通过增强现实技术下的精准术前规划,可以减轻医生的工作量并且达到提高医生诊断的准确率。本文主要研究内容如下:1)在增强现实医疗技术中,针对虚拟人体模型与真实人体模型之间的配准过程中,由于二维标识物配准存在视角差,以及实时追踪效果较差这一问题,提出了一种基于增强现实在医学上自动精确配准与追踪的方法,采用相机摄影测量进行获得真实人体模型空间坐标值,并用vuforia关联真实模型与虚拟模型空间坐标系,通过空间映射变换进行真实模型与虚拟模型空间坐标系的转换,最终完成虚实模型之间的自动配准与追踪。该方法可以实现3D打印模型与虚拟人体器官的重合误差精度达到1.004mm,提高了配准精度,并且可以做到36...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Osm儿童玩具2017
西南科技大学硕士学位论文4图1-2Osm儿童玩具随着增强现实技术的发展，2017年，苹果公司也开始进行增强现实技术的研究，推出了全新的增强现实功能，并应用与ARKit、iPhone以及iPad设备上面，随后相关软件和设备都出现增强现实功能，方便人们在网上购物，此研究使增强现实技术更贴近人们的日常生活。图1-3iPhone增强现实功能在2018年，苹果公司CEO蒂姆.库克开始重视增强现实的潜力，也为ARkit2生产了许多的增强现实新功能，包括支持联机体验，持续增强现实。随后阿里巴巴、腾讯一些企业也开始在AR领域进行展开发掘，增强现实进军成千上万级市场的规模出现。在2019年，微软公司开始研发出hololens2，其功能在hololens的基础上进行更加的完善，增加了许多更适合人们使用的功能，把视角扩大了许多，显示技术更加的逼真、生动，与使用者的头部更加的贴合，hololens2的出现使增强现实技术有了更大的突破，并且越来越多的行业和企业投入增强现实的研究与开发[10]。目前，增强现实技术引起了各行各业的密切关注。在高新科技快速发展的推动下，增强现实技术有了突飞猛进的发展，不管是在虚实配准的精度上、三维显示性能上，还是在人机交互灵敏度上都存在相当大的改善，但是增强现实技术还存在一些需要解决的问题。在虚实场景配准技术上，由于当前的跟踪注册方法仅可以对场景中少量的信息实现利用，如较明显的特征点信息，这会产生系统对环境的了解不全面；从三维显示技术上来说，未能给使用者提供高沉浸感的增强现实设备，在体积和价格上都还不能满足广大用户的需求[11]；从人机交互灵敏度上来说，更加适应人体眼睛的增强现实交互技术还有待提高[12]。
inlab的数据管理、云计算、可视化和数据预处理软件与MagicLeap的空间计算和体验平台结合起来。该平台可以增强外科医生的医疗技能，让手术更加轻松。通过三维图像，外科医生可以去定位患者头部中的肿瘤位置，并对开颅手术中需要设计的皮肤、骨骼、硬脑膜以及大脑皮质等部位进行合理规划。英国帝国理学院圣玛丽医院的医疗团队使用微软的Hololens眼镜成功地完成患者下肢血管重建的外科手术，通过Hololens眼镜，将腿部CT扫描图像中的骨骼和关键血管的位置准确地覆盖在病人的腿上，可以让外科医生在手术中能够透视手术部位[19]。图1-4增强现实技术在医学上的应用通过增强现实技术的不断发展，许多医院为了更好的服务病人，相继出现了基于增强现实的术前规划方法，它可以让医生提前了解病人的内部相关情况，运用虚拟模型结合相关增强现实显示设备为医生提供更加逼真的场景，医生在虚拟环境中进行手术模拟规划，并根据实际情况制定与病人吻合的手术规划，在虚拟环境中演练后，有助于医生在临床手术中操作更加精确。增强现实技术与医学领域的相互结合，在未来很有可能是应用最广的一种技术，
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强现实技术在临床医学教育中的应用[J]. 王珞,陈适,潘慧. 基础医学与临床. 2020(02)
[2]HoloLens 2混合现实新特性探究[J]. 龚赤兵. 现代信息科技. 2020(02)
[3]增强现实的应用与未来展望[J]. 王昊宸. 中国包装. 2020(01)
[4]虚拟现实和增强现实技术在整形外科中应用的研究进展[J]. 顾勤浩,何乐人. 中华整形外科杂志. 2019 (11)
[5]增强现实和混合现实技术在神经外科领域的应用[J]. 徐田野,梁洪生,姚凯,朱国旭,张相彤. 临床神经外科杂志. 2019(04)
[6]基于Unity/Vuforia的AR导览系统研究[J]. 郭晓敏,申闫春. 计算机仿真. 2019(08)
[7]虚拟现实技术在医学领域的研究现状与进展[J]. 石晓卫,苑慧,吕茗萱,蔡佳惠,张先增. 激光与光电子学进展. 2020(01)
[8]AR手术室——微创医疗技术的智能化进程[J]. 微创医学. 2019(02)
[9]海外医疗分队交互式远程手术指导系统应用可行性分析[J]. 田竞,张巍,王晓晨,贾立辉,曹东兵,李欣阳,罗健楠. 解放军医院管理杂志. 2019(02)
[10]增强现实（AR）技术应用与发展趋势[J]. 吴骞华. 通讯世界. 2019(01)
博士论文
[1]摄影测量影像快速立体匹配关键技术研究[D]. 李迎松.武汉大学 2018
硕士论文
[1]基于Unity3D的法医脑神经虚拟仿真实验平台的设计与实现[D]. 钱嘉晴.华中科技大学 2019
[2]基于红外图像的海面目标跟踪技术[D]. 杨勇.大连海事大学 2018
[3]多相机视觉系统的相机空间位姿标定及驱动接口设计[D]. 付鹏.华中科技大学 2017
[4]基于unity3D的手术训练游戏的设计与实现[D]. 潘丹.山东大学 2014
[5]基于OBB包围盒的碰撞检测算法改进[D]. 黄可.西南大学 2011
本文编号：3568691
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Osm儿童玩具2017
西南科技大学硕士学位论文4图1-2Osm儿童玩具随着增强现实技术的发展，2017年，苹果公司也开始进行增强现实技术的研究，推出了全新的增强现实功能，并应用与ARKit、iPhone以及iPad设备上面，随后相关软件和设备都出现增强现实功能，方便人们在网上购物，此研究使增强现实技术更贴近人们的日常生活。图1-3iPhone增强现实功能在2018年，苹果公司CEO蒂姆.库克开始重视增强现实的潜力，也为ARkit2生产了许多的增强现实新功能，包括支持联机体验，持续增强现实。随后阿里巴巴、腾讯一些企业也开始在AR领域进行展开发掘，增强现实进军成千上万级市场的规模出现。在2019年，微软公司开始研发出hololens2，其功能在hololens的基础上进行更加的完善，增加了许多更适合人们使用的功能，把视角扩大了许多，显示技术更加的逼真、生动，与使用者的头部更加的贴合，hololens2的出现使增强现实技术有了更大的突破，并且越来越多的行业和企业投入增强现实的研究与开发[10]。目前，增强现实技术引起了各行各业的密切关注。在高新科技快速发展的推动下，增强现实技术有了突飞猛进的发展，不管是在虚实配准的精度上、三维显示性能上，还是在人机交互灵敏度上都存在相当大的改善，但是增强现实技术还存在一些需要解决的问题。在虚实场景配准技术上，由于当前的跟踪注册方法仅可以对场景中少量的信息实现利用，如较明显的特征点信息，这会产生系统对环境的了解不全面；从三维显示技术上来说，未能给使用者提供高沉浸感的增强现实设备，在体积和价格上都还不能满足广大用户的需求[11]；从人机交互灵敏度上来说，更加适应人体眼睛的增强现实交互技术还有待提高[12]。
inlab的数据管理、云计算、可视化和数据预处理软件与MagicLeap的空间计算和体验平台结合起来。该平台可以增强外科医生的医疗技能，让手术更加轻松。通过三维图像，外科医生可以去定位患者头部中的肿瘤位置，并对开颅手术中需要设计的皮肤、骨骼、硬脑膜以及大脑皮质等部位进行合理规划。英国帝国理学院圣玛丽医院的医疗团队使用微软的Hololens眼镜成功地完成患者下肢血管重建的外科手术，通过Hololens眼镜，将腿部CT扫描图像中的骨骼和关键血管的位置准确地覆盖在病人的腿上，可以让外科医生在手术中能够透视手术部位[19]。图1-4增强现实技术在医学上的应用通过增强现实技术的不断发展，许多医院为了更好的服务病人，相继出现了基于增强现实的术前规划方法，它可以让医生提前了解病人的内部相关情况，运用虚拟模型结合相关增强现实显示设备为医生提供更加逼真的场景，医生在虚拟环境中进行手术模拟规划，并根据实际情况制定与病人吻合的手术规划，在虚拟环境中演练后，有助于医生在临床手术中操作更加精确。增强现实技术与医学领域的相互结合，在未来很有可能是应用最广的一种技术，
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强现实技术在临床医学教育中的应用[J]. 王珞,陈适,潘慧. 基础医学与临床. 2020(02)
[2]HoloLens 2混合现实新特性探究[J]. 龚赤兵. 现代信息科技. 2020(02)
[3]增强现实的应用与未来展望[J]. 王昊宸. 中国包装. 2020(01)
[4]虚拟现实和增强现实技术在整形外科中应用的研究进展[J]. 顾勤浩,何乐人. 中华整形外科杂志. 2019 (11)
[5]增强现实和混合现实技术在神经外科领域的应用[J]. 徐田野,梁洪生,姚凯,朱国旭,张相彤. 临床神经外科杂志. 2019(04)
[6]基于Unity/Vuforia的AR导览系统研究[J]. 郭晓敏,申闫春. 计算机仿真. 2019(08)
[7]虚拟现实技术在医学领域的研究现状与进展[J]. 石晓卫,苑慧,吕茗萱,蔡佳惠,张先增. 激光与光电子学进展. 2020(01)
[8]AR手术室——微创医疗技术的智能化进程[J]. 微创医学. 2019(02)
[9]海外医疗分队交互式远程手术指导系统应用可行性分析[J]. 田竞,张巍,王晓晨,贾立辉,曹东兵,李欣阳,罗健楠. 解放军医院管理杂志. 2019(02)
[10]增强现实（AR）技术应用与发展趋势[J]. 吴骞华. 通讯世界. 2019(01)
博士论文
[1]摄影测量影像快速立体匹配关键技术研究[D]. 李迎松.武汉大学 2018
硕士论文
[1]基于Unity3D的法医脑神经虚拟仿真实验平台的设计与实现[D]. 钱嘉晴.华中科技大学 2019
[2]基于红外图像的海面目标跟踪技术[D]. 杨勇.大连海事大学 2018
[3]多相机视觉系统的相机空间位姿标定及驱动接口设计[D]. 付鹏.华中科技大学 2017
[4]基于unity3D的手术训练游戏的设计与实现[D]. 潘丹.山东大学 2014
[5]基于OBB包围盒的碰撞检测算法改进[D]. 黄可.西南大学 2011
本文编号：3568691
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