超声引导机器人系统实时影像处理与导航定位技术

第1章绪论

1.1相关技术领域国内外发展现状

1.1.1基于超声引导的MRCAS系统及尚待完善的关键技术

1.1.2MRCAS系统中时实图像处理技术与导航定位技术的地位作用及研究意义

1.1.3图像肿瘤区域实时定位跟踪与肿瘤轮廓自动分割方法概述

1.1.4超声图像三维定位方法概述

1.1.5机器人导航定位方法概述

1.2研究目标

1.3研究内容

1.3.1超声图像中肿瘤区域实时定位跟踪及肿瘤轮廓自动分割技术研究

1.3.2超声图像三维定位技术研究

1.3.3机器人导航定位技术研究

1.4研究技术路线

第2章研究平台组成与功能

2.1硬件平台

2.1.1机器人系统

2.1.2超声图像采集系统

2.1.3磁定位跟踪装置

2.1.4计算机系统

2.1.5微波消融针

2.2软件平台

2.2.1MITK

2.2.2VTK

2.2.3ITK

2.2.4ICSTK

2.2.5EDISON

2.2.6QT

2.2.7VC++

2.2.8MATLAB

2.2.9SPSS

第3章基于Mean—shift的超声图像肝肿瘤区域实时定位跟踪及肿瘤轮廓自动分割技术研究

3.1引言

3.2基于Mean—shift外观更新的肿瘤区域的自动定位与动态跟踪

3.2.1Mean—shift跟踪算法

3.2.2肿瘤区域的自动定位

3.2.3外观更新的Mean—shift跟踪算法

3.3肿瘤区域ROI的提取

3.4肿瘤轮廓的二阶主动轮廓自动分割

3.5实验结果分析

3.5.1肿瘤区域定位实验

3.5.2肿瘤区域跟踪实验

3.5.3肿瘤分割实验

3.6小结

第4章基于珠线式模板的超声图像三维定位技术研究

4.1引言

4.2同源点最小二乘匹配原理

4.3基于珠线式模板的超声图像三维定位方法

4.3.1针尖在接收器中的位置定位

4.3.2模板设计及模板标定

4.3.3超声探头定位及标志点成像

4.3.4基于向量约束的图像三维定位算法

4.4肝肿瘤模型的三维重建

4.5实验结果分析

4.5.1重复精度校验

4.5.2准确度校验

4.6小结

第5章RCM结构机器人导航定位技术研究

5.1引言

5.2机器人导航定位算法

5.2.1肝肿瘤微波消融机器人导航定位原则

5.2.2建立机器人三维平动台坐标系与磁定位坐标系的映射

5.2.3建立机器人RCM前端坐标系向发射器坐标系的映射关系

5.2.4肝肿瘤微波消融机器人系统坐标系的统一

5.3实验结果分析

5.3.1三维平动台定位实验

5.3.2RCM前端定位实验

5.4小结

第6章超声引导肝肿瘤微消融机器人系统构成与模拟实验

6.1硬件构成

6.2软件构成

6.2.1超声图像采集模块

6.2.2图像处理模块

6.2.3手术规划模块

6.2.4定位跟踪模块

6.2.5机器人导航控制模块

6.3模拟实验与系统精度

6.3.1磁定位跟踪装置高精度工作区域的确定

6.3.2模拟实验

6.3.3实验结果

第7章结论

参考文献

《超声引导机器人系统实时影像处理与导航定位技术》旨在与从事计算机辅助三维超声技术研究的工作人员们讨论学习，交流互助。《超声引导机器人系统实时影像处理与导航定位技术》以计算机辅助手术系统（Medical Robotics＆Computer Assisted Surgery，MRCAS）为基础，介绍了建立一套实时、高效、安全、可靠的计算机与机器人自动化手术导航控制系统的理论与方法。书中内容主要包括两个方面：计算机影像系统和手术导航定位系统，是MRCAS得以实现的两个关键科学技术问题。其中计算机影像系统方面，介绍了超声图像肿瘤区域定位跟踪及肿瘤自动分割的理论与方法；手术导航定位系统方面主要介绍了超声图像的三雏定位与医学手术机器人导航定位的实现机理与方法。书中关键科学技术的研究工作得到了“国家自然科学基金”与“北京市科委重大项目”的支持，为后续“国家自然科学基金”支持的工业超声三维可视化的研究工作奠定了基础。