医学影像移动增强现实系统研究

发布时间：2022-10-15 12:33

　　医学术前诊断对于患者的疾病治疗与临床手术有着非常重要的意义,但传统医学术前诊断存在着准确性与直观性不足、手术视野与医学影像分离等缺陷,限制了当前手术质量的进一步提高。而移动增强现实（MAR）技术凭借其能够将虚拟对象与现实世界相结合的独特优势,以及良好的人机实时交互,在上述问题的解决上有着巨大的潜力,因此逐渐被医生学者们应用到医学领域的术前规划与术中导航之中。然而,目前已经开发使用的医学移动增强现实系统都存在着一定的局限性:一是目前的医学移动增强现实系统大多只能应用于一种特定手术,普适性不足;二是当前手持移动设备（手机、平板电脑）上的医学增强现实系统大都是基于标记的三维注册技术,限制了系统的整体便捷性。因此,本文中使用目前效果最好的移动增强现实头盔Holo Lens与最新的移动增强现实系统开发框架ARKit,分别开发出了相应的医学影像增强现实系统,为上述局限的改进做出了尝试。论文主要完成了以下工作:1.研究了移动增强现实系统SLAM三维注册关键技术与移动增强现实交互设计原则,提出了医学影像移动增强现实系统整体框架,根据不同使用需求分别设计出基于Holo Lens的术前规划系统与基于ARK... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 医学移动增强现实应用国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 移动增强现实关键技术
        1.3.1 移动增强现实显示技术
        1.3.2 三维注册技术
    1.4 移动增强现实系统软件开发框架
    1.5 研究内容
    1.6 论文章节安排
第2章 医学影像移动增强现实系统整体设计
    2.1 引言
    2.2 医学影像MAR系统核心功能及总体框架
        2.2.1 术前规划MAR系统
        2.2.2 便捷展示MAR系统
        2.2.3 系统总体框架
    2.3 MAR系统交互设计原则
    2.4 基于SLAM的移动增强现实三维注册技术
        2.4.1 Holo Lens中 SLAM注册技术
        2.4.2 ARKit中 SLAM注册技术
    2.5 系统开发工具
        2.5.1 3D Slicer
        2.5.2 Unity3D
        2.5.3 ARKit
        2.5.4 Blender
    2.6 本章小结
第3章 医学图像分割与三维建模
    3.1 引言
    3.2 医学图像处理关键技术
        3.2.1 医学图像分割
        3.2.2 医学图像三维重建
    3.3 患者组织器官三维模型获取
        3.3.1 原始医学图像获取及导入
        3.3.2 医学图像分割重建
        3.3.3 术前模拟
    3.4 Blender格式转换
    3.5 本章小结
第4章 基于Holo Lens的术前规划MAR系统设计与实现
    4.1 引言
    4.2 系统模块功能
    4.3 Holo Lens移动显示平台
    4.4 系统开发环境
    4.5 术前规划系统人机交互
        4.5.1 医学虚拟对象自然交互实现
        4.5.2 UI设计
    4.6 系统运行与结果
    4.7 本章小结
第5章 基于ARKit的便捷展示MAR系统设计与实现
    5.1 引言
    5.2 ARKit体系架构
    5.3 系统开发环境
    5.4 便捷展示系统功能设计
        5.4.1 虚实融合算法
        5.4.2 虚拟对象交互算法
    5.5 系统运行与结果
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]显微神经外科运用3D-Slicer自主构建脑干纤维束的相关研究[J]. 杨佳,武有涛,董康,蒋宏,杨瑞,吴越,夏海坚,孙晓川,钟东.  中华医学杂志. 2020(08)
[2]基于视觉的增强现实三维注册技术综述[J]. 侯守明,韩吉,张煜东,朱子秋.  系统仿真学报. 2019(11)
[3]3D Slicer软件辅助大脑中动脉M4段动脉瘤手术1例及文献复习[J]. 林靖,宋朝理,曹玉福,贾莉蓉,廖琦,仇冠中,张炜,郑小强,程宏炜.  临床神经外科杂志. 2019(02)
[4]术前头部CT血管造影在脑膜瘤治疗中的应用[J]. 杨俊,赖杰,罗云平,莫鸿忠,吴文昌,潘荣南,吕顽,吴雪松.  广西医学. 2018(13)
[5]医学图像分析深度学习方法研究与挑战[J]. 田娟秀,刘国才,谷珊珊,鞠忠建,刘劲光,顾冬冬.  自动化学报. 2018(03)
[6]混合现实技术在骨科的最新应用进展[J]. 叶哲伟,吴星火.  临床外科杂志. 2018(01)
[7]移动增强现实可视化综述[J]. 高翔,安辉,陈为,潘志庚.  计算机辅助设计与图形学学报. 2018(01)
[8]3D可视化、3D打印、虚拟现实、增强现实在医学中作用的研究进展[J]. 潘雯,宫建.  实用医学杂志. 2017(17)
[9]医学图像分割方法综述[J]. 刘宇,陈胜.  电子科技. 2017(08)
[10]基于单目视觉的同时定位与地图构建方法综述[J]. 刘浩敏,章国锋,鲍虎军.  计算机辅助设计与图形学学报. 2016(06)

博士论文
[1]基于增强现实的计算机辅助手术规划与导航系统关键技术及实验研究[D]. 徐律.上海交通大学 2018
[2]手持式增强现实神经导航关键技术研究及其系统建立[D]. 邓薇薇.复旦大学 2014

硕士论文
[1]面向腹腔微创手术的增强现实三维影像导航技术研究[D]. 朱元瑞.哈尔滨工业大学 2019
[2]超声引导肿瘤微波消融虚拟手术系统研究[D]. 杜程.北京化工大学 2018
[3]增强现实手术导航系统的设计与应用研究[D]. 张泽树.中国科学技术大学 2017



本文编号：3691314