双目视觉手术导航系统关键技术研究

发布时间：2023-04-06 22:58

　　介入式手术导航就是利用医学影像来帮助医生将手术器械精确地穿刺到病灶内部。其主要包括手术器械标定与跟踪、医学图像的处理、手术器械与医学图像的融合与三维显示。本文针对目前手术导航系统存在的问题,包括图像处理效率、手术器械标定、图像分割等问题进行了相关的研究,其主要内容如下:首先,使用多线程技术处理双目摄像机拍摄的手术器械图像。在手术导航中需要实时跟踪手术器械的位置,图形工作站要不断地处理双目摄像机拍摄的手术器械图像来获取手术器械的二维图像坐标,然后三维重建手术器械。考虑到同时处理双目摄像机拍摄的手术器械图像存在时间效率低下进而不满足实时性的问题,本文使用多线程技术充分调用多核处理器资源提升图像处理的效率。实验证明多线程技术可以提升图像处理的时间效率。其次,提出一种新的手术器械标定算法。对于手术器械标定来说,在标定的过程中由于针尖抖动等因素可能会引入脉冲噪声,传统的最小均方(Least Mean Square,LMS)算法不能很好的抑制脉冲噪声,导致求解的尖端点存在精度低的特点。考虑到共轭梯度(Conjugate Gradient,CG)算法具有收敛速度快的特点,而相关熵可以抑制脉冲噪声,本...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 介入式手术导航技术国内外发展现状
        1.2.1 国外发展现状
        1.2.2 国内发展现状
        1.2.3 存在的问题与挑战
    1.3 本文主要工作与结构安排
2 双目视觉手术导航技术基本理论
    2.1 手术导航基本工作原理
    2.2 双目视觉摄像机模型与标定技术
        2.2.1 摄像机模型
        2.2.2 摄像机标定技术
    2.3 三维坐标重建
    2.4 手术探针尖端点的标定
    2.5 超声图像分割
    2.6 本章小结
3 并发多线程提高手术导航系统处理效率
    3.1 多线程技术基本原理介绍
    3.2 多线程技术在手术导航中的应用
        3.2.1 多线程技术的应用阶段
        3.2.2 多线程技术使用流程图
    3.3 实验与结果分析
        3.3.1 离线实验与结果分析
        3.3.2 在线实验与结果分析
    3.4 本章小结
4 改进的手术导航中手术器械标定方法
    4.1 手术器械标定原理
    4.2 改进手术器械标定原理
        4.2.1 共轭梯度法
        4.2.2 相关熵及最大相关熵准则
        4.2.3 基于最大相关熵准则的共轭梯度算法
    4.3 实验结果与分析
        4.3.1 实验设置与基本流程
        4.3.2 实验与结果分析
    4.4 本章小结
5 改进的基于RSF局部熵模型的超声图像分割算法
    5.0 图像分割算法基本原理
        5.0.1 CV模型介绍
        5.0.2 RSF局部熵模型
    5.1 改进的图像分割算法基本原理
    5.2 WLGIF模型能量泛函最小化
    5.3 实验与结果分析
        5.3.1 实验基本流程
        5.3.2 实验结果分析
    5.4 本章小结
6 搭建简易介入式手术导航系统样机
    6.1 系统组成介绍
        6.1.1 硬件系统组成
        6.1.2 软件系统
    6.2 系统标定
        6.2.1 摄像机标定
        6.2.2 手术器械的标定及精度测试
    6.3 手术导航系统基本功能界面介绍
        6.3.1 单器械尖端点显示
        6.3.2 双器械尖端点显示
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3784577