面向腹腔微创手术的增强现实三维影像导航技术研究

发布时间：2023-08-26 01:00

　　肝脏微创手术,可以减少创伤,缩短恢复时间,但同时也带来了一系列问题。在微创手术过程中,医生通过腹腔镜获得的图像,视野有限,缺乏深度信息,与术前规划存在分离。为解决这些问题,本文将增强现实技术应用在导航系统中,研究面向腹腔微创手术的增强现实三维影像导航技术。该方法突破了腹腔镜视野限制,建立了术前术中图像的可视化联系,并对手术路径进行规划和AR显示。首先,研究了CT图像中半自动分割肝脏图像的方法。对区域生长法的弊端进行了分析,结合肝脏图像实际情况,改进了区域生长法判断函数,并确立了结合改进的区域生长法、Snake算法、形状描述符的肝脏分割方法,并与手工分割图像进行了对比;分析了面绘制与体绘制两种三维重建方法的优缺点,采用了体绘制中的光线投影法对分割出的各组织图像进行三维重建,并分析重建的精度。其次,为实现3D-3D的术前术中图像配准,对肝脏腹腔镜图像进行了三维重建。重建采取双目视觉特征配准的方法,首先对腹腔镜图像进行了预处理,设计了结合平滑处理和拉普拉斯变换的滤波方法,增强了图像的细节;对于手术器械对肝脏图像的遮挡,改进了传统的帧间差分法,实现了遮挡图像的去除;应用了Grabcut算法,识...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 增强现实技术国内外研究现状
    1.3 微创手术三维影像导航系统国内外研究现状
    1.4 多模态图像配准方式国内外研究现状
    1.5 课题的主要研究内容
第2章 基于区域生长法的CT图像分割及体绘制法重建
    2.1 引言
    2.2 基于区域生长法SNAKE算法及形状描述符的肝脏图像分割
        2.2.1 改进区域生长法实现肝脏图像粗分割
        2.2.2 基于Snake算法的肝脏边界逼近
        2.2.3 基于形状描述符的肝脏边界优化
        2.2.4 综合CT图像分割方法的验证
    2.3 光线投影法CT图像三维重建
    2.4 本章小结
第3章 基于特征配准的双目腹腔镜图像三维重建
    3.1 引言
    3.2 腹腔镜图像预处理
        3.2.1 基于平滑处理和拉普拉斯变化的混合图像滤波处理
        3.2.2 基于改进的帧间差分法去除手术器械遮挡
        3.2.3 基于Grabcut算法识别腹腔镜图像中肝脏区域
    3.3 基于特征配准的双目腹腔镜图像三维点云重建
        3.3.1 基于Surf算法及FLANN匹配器的肝脏特征配准
        3.3.2 基于对极几何的特征点三维坐标计算
    3.4 本章小结
第4章 基于轮廓与点云配准的三维注册及肝脏AR显示
    4.1 引言
    4.2 采用棋盘格对相机参数进行标定
    4.3 基于轮廓配准和点云配准的三维注册
        4.3.1 点云律属配准配准效果分析
        4.3.2 基于轮廓配准和点云配准的三维注册方法
    4.4 基于ARTOOLKIT标识图的肝脏模型AR显示
    4.5 本章小结
第5章 基于改进后人工势场法的手术路径规划
    5.1 引言
    5.2 传统人工势场法路径规划效果分析
        5.2.1 传统方法综合势场的建立
        5.2.2 传统人工势场法规划路径的分析
    5.3 改进后人工势场法对手术路径的规划
        5.3.1 斥力场的改进
        5.3.2 引力场的改进
        5.3.3 改进前后人工势场法规划效果对比
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3843639