3D人体虚拟内窥镜的发展与理论研究

3D人体虚拟内窥镜的发展与理论研究

一、三维人体虚拟内窥的发展与理论研究(论文文献综述)

孔晓晴[1](2021)在《面向CTA数据的心脏医学图像交互式分割与导航系统》文中研究表明传统的医学图像分割主要靠人工完成,这种方法不仅耗时且不可复现。自动化分割技术虽然可以提高处理效率但是大大降低了处理结果的准确性,特别是在组织边缘和细小分支结构区域。基于深度学习的交互式分割方法可以平衡二者的优缺点,兼顾分割的准确性和高效性,在心脏CTA(Computer Tomography angiography)数据组织分割问题中具有十分重要的意义。虚拟内窥技术可以解决传统医学内窥镜无法无创入体的缺陷,辅助医生诊断组织器官内部情况,但是该项技术一直缺乏具体的应用。此外,现有的医学图像处理和分析软件功能单一、操作复杂、难以扩展并且往往收费不菲。随着医疗需求的陆续扩大和计算机技术的飞快进步,将自动化或交互式分割技术、可视化技术、虚拟内窥技术等计算机辅助诊疗领域的技术具现化,开发出功能多样化、操作简单且易于扩展的系统并推广,可以在一定程度上减少医生的工作量,提高医学图像处理的效率与准确率。本文对采用了深度学习方法的交互式分割算法展开了研究,提出了一种新颖的交互式修补算法,从局部来解决自动分割中经常存在的边缘、细小分支的缺失和断连等问题。另外,本文基于提取三维物体骨架的细化思想,实现了一种中心路径的提取算法,并基于该算法实现了虚拟内窥技术的可视化和引导漫游。最终,本文设计并实现了一个主要面向心脏CTA数据的交互式分割与导航系统,重点关注数据的交互式分割、可视化以及虚拟内窥导航,并可以作为通用处理平台满足大部分的医学图像分析与处理任务。系统面向医生、数据标注者以及相关领域科研人员实现了不同的功能,旨在作为一个通用的、可扩展的持续性科学研究和深度学习算法集成的交互式医学图像处理软件通用平台。

刘明雨[2](2020)在《面向医用虚拟内窥的触觉再现装置关键技术研究》文中研究说明医用虚拟内窥镜技术可帮助临床医生非侵入诊察病变组织或人体正常结构。但在常规的虚拟内窥镜检查过程中,操作者仅能依靠视觉反馈进行判断,不能感知器官或病变组织与虚拟内窥探头的相互作用力,存在误判的可能。为在一定程度解决该问题,本文将触觉再现技术引入虚拟内窥系统,使其具有力触觉反馈功能。论文在触觉再现装置的机械结构,软件算法以及触觉再现装置与虚拟内窥环境整合等方面展开研究,并取得如下进展。首先,在深入分析力触觉再现技术实现原理的基础上,构建了由驱动结构、触觉手柄、基座等部件组成的单自由度与双自由度的人机物理接口,采用STM32F429芯片作为主控制器接收虚拟环境中虚拟内窥探头与组织的相互作用力,通过反馈力再现算法计算并控制直流电机输出不同的力矩,驱动人机物理接口实现力的传输与再现,并设计了摩擦力补偿算法对装置再现力进行优化。其次,设计了位置编码器与触觉手柄的定位算法,可在单自由度和双自由度方向上检测装置中触觉手柄的位移信息,并通过相关的软件算法转化为可控制虚拟环境中内窥镜探头的驱动数据。然后,采用CHAI3D开发了人体心脏组织的虚拟仿真环境,以模拟虚拟内窥检查过程,利用AABB检测算法对虚拟环境中的物体进行碰撞检测并计算碰撞力的大小,使操作者能够真实地感受到虚拟环境中的反馈力。最后,基于异步串行通信接口设计了触觉再现装置与虚拟内窥仿真环境之间的通信协议,并对二者进行整合,测试和验证了集成之后的系统性能。本文研究的具有触觉再现功能的虚拟内窥技术,可以为虚拟内窥镜的操作者提供更加真实的操作体验,提高诊断的正确率。此外,该研究在临床手术训练,远程医疗方面也具有重要的实用意义。

戴知宇[3](2019)在《基于电磁导航与增强现实的复杂先心病畸形病灶定位技术研究》文中研究说明复杂型先天性心脏病是一种常见且对幼儿健康危害最大的先天性缺陷之一。早期的矫治手术是治疗复杂先心病的唯一有效手段。即便如此,当前国内外的复杂先心病矫治术后的死亡率与致残率依然较高。其主要原因在于手术术野较小,术中难以辨识心脏内部及周围的畸形病灶。尽管目前有血管造影成像技术,但实际在术中开胸裸露出心脏后,心脏及其周围血管的解剖结构已与术前的影像有所不同,导致医生难以将术前的影像与术中实际的解剖结构对应起来。因此,当前先心病手术主要依赖主刀医生的临床经验和医学影像的指导,造成手术过程操作复杂,病灶定位精度低、手术效率差等问题。为了解决先心病畸形病灶矫治手术所遇到的问题,本文结合电磁导航与增强现实技术,设计了一套针对先心病畸形病灶的手术导航系统,辅助医生实现病灶的精准辨识与定位。基于该系统,本文分别对其工作流程中的相关技术展开了具体研究。本文的研究内容如下:(1)自主设计先心病电磁手术导航系统。本文为了实现畸形病灶定位的目标,设计并研发了一套医学图像处理、三维可视化、开胸切口规划、电磁标记点提取、手术注册、手术器械实时追踪,以及内窥镜增强现实等多功能于一体的手术导航系统。(2)基于术前图像的开胸切口规划。为了呈现更为真实的解剖结构,本文根据术前的二维影像数据完成三维可视化,并提出了一种根据病灶位置实现胸腔表皮切口规划的技术。该方法可根据当前的投影视角,提取病灶轮廓,最终自动生成开胸切口在胸腔表皮模型上,从而减少手术创伤。(3)电磁导航手术注册技术。当前主流的光学导航注册技术以反光的粘贴式标记点为主,并基于手术与图像空间的标记点实现手术注册。但胸腔因形变较大会使得标记点产生位移,不利于精准注册。本文设计了一个手术平台,可在底部镶嵌电磁传感器以及在周围固定多个标记点,从而可确定手术空间,防止因标记点位移而造成注册精度下降。(4)单目软管内窥镜的增强现实技术。由于术中心脏形变显着,单纯使用导航无法获知最新的病灶位置,所以本文采用了增强现实技术统一显示虚拟与真实的病灶结构。通过固定软管内窥镜与电磁传感器,对其完成标定,并借助传感器实现内窥镜的实时追踪。再结合手术注册结果,变换至图像空间中,最终使虚拟模型叠加至内窥镜所拍摄的真实手术场景中,达到增强现实的效果。经验证,本文提出的基于电磁导航与增强现实的先心病畸形病灶定位技术可以精准、真实地呈现出当前病灶的位置与解剖结构,从而改善传统先心病畸形病灶矫治手术中的问题,提高手术效率。

廖文超[4](2019)在《对可变焦内窥探头与压缩感知OCT的研究及临床应用》文中指出光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种基于低相干干涉测量的新型光学成像技术,在生物医学领域具有广泛的应用前景。本论文的研究工作基于频域OCT与内窥OCT技术,着力于提升OCT成像系统的成像性能并将其推向临床应用,取得了具有特色和创新性的研究成果。首先,在提升OCT的成像分辨率方面,OCT的成像原理决定了其横向分辨率与纵向成像范围有相互制约的关系,这一矛盾关系限制了横向分辨率的提升。同时,这一问题在OCT内窥探头中更加难以解决,因为内窥探头尺寸很小,狭小的空间限制了可选择的方案,大大增加了解决问题的难度。本论文结合我们组特色的中空超声电机,运用记忆合金弹簧为内窥探头增加了变焦功能,通过变焦成像的方法打破了矛盾关系的限制,实现了高分辨率、高信噪比、大范围的扫描成像,制作出的可变焦内窥探头的直径仅2.5mm。其次,在提高OCT的图像采集速度方面,将压缩感知理论应用于OCT成像中,仅需要随机采集少量的数据便可以还原出原始图像,将使图像的采集速度大大提高。目前压缩感知OCT领域的相关研究都采用在软件上随机扔掉部分采集的光谱数据再进行图像还原的方法,没有实现硬件的光谱随机采样,瓶颈在于硬件随机采样在器件上难以实现。本论文提出了一种创新的方案,通过在光路中加入光刻蒙版的方法实现了高效的硬件随机采样。相比于传统的OCT系统,本方案的最大数据采集速度提高了1倍,6d B成像深度提高了约30%,还原后的图像信噪比也得到了提升。此外,在临床应用方面,OCT在临床医疗中具有很多潜在的应用领域,如在心血管系统、消化系统、呼吸系统中都有许多OCT应用的初步研究。本论文介绍了我在搭建可用于临床成像的内窥OCT系统方面的研究工作,包括内窥探头的设计与制作,内窥成像系统的集成与封装,系统性能参数的测试,以及进入医院采集图像的结果等。该工作为我们组未来的OCT相关的临床研究打下了良好的基础,具有巨大的实用价值与广阔的应用前景。本论文的研究工作表明,随着OCT技术的不断发展,OCT性能的不断提升,该技术作为一种重要的生物医学成像手段,将会在多种疾病的临床诊断与治疗中发挥独特的作用。

牛明[5](2017)在《计算机辅助腹主动脉瘤手术的关键技术研究》文中认为腹主动脉瘤是一种典型的人体腹主动脉的恶性局部扩张疾病,需要采用定制的医用腹膜支架进行腔内隔绝介入治疗,因此需要估计诸如瘤体的直径、靠近降主动脉距离、下方髋动脉分叉角度等重要手术特征参数。计算机辅助诊断作为近年来迅速发展的一项技术,已经广泛应用于临床诊断中。其中以虚拟内窥镜为代表的非侵入式,无创伤式检查手段,比较适合针对人体腹主动脉血管此类管状结构的临床检查。因此,本文主要进行了针对临床获得的增强CTA数据,建立虚拟内窥检查系统中若干关键技术的研究。原始的CT切片由于包括了很多无关结构,人体主动脉血管跟周围组织存在粘连部分,加之病人本身的个体差异,因此需要采用高效方便的分割算法将目标区域分割出来。本文综合对比了三维区域生长法,Fast Marching求解的水平集分割方法以及带先验形状约束的水平集方法。水平集方法能够通过曲面演进的思想自然地描述三维空间内血管壁曲面的拓扑结构变化,加上形状约束,能有效克服依靠经验设置演进参数可能导致的过演进问题,能够得到平滑连续的目标边缘。根据分割后的二值化数据,进行布尔计算,可以过滤掉背景结构。同时通过面绘制和体绘制为代表的三维重建技术来重建出虚拟血管模型,体绘制虽然能够血管的精细结构,但渲染速度较慢,而面绘制需要通过合适的算法,提取目标等值面,生成三角面片的中间图元表示,但速度较快,比较适合后续虚拟漫游中的更新屏幕绘制。虚拟漫游技术的另一大关键是自动生成合适的最优连续路径,要求尽量靠近管壁中心并能最大化遍历完整血管。本文对比了一些典型的中心线提取算法,如拓扑细化法、基于中轴曲面最短路径法。为了克服以上算法计算耗时的缺点,本文介绍并实现一种改进的基于边界距离场的最小代价路径法,该方法基于分割后二值化数据进行边界距离变化,构造速度图像,在此基础上定义最小代价函数,通过梯度下降法等优化算法进行数值求解,能够得到连续的近似中心路径,经过简单后处理能作为漫游路径,通过设置虚拟相机的参数,能够实现血管内壁的自动漫游。计算机辅助诊断的一大优势在于,可以利用三维可视化技术模拟出人体器官,解决术前规划中的感兴趣病灶参数的测量问题。通过交互性操作,多次重复获取目标的位置及形状参数,具体为在任意角度和位置处构造虚拟切片,并用原始体素映射,获得瘤体直径;结合中心线拟合髋动脉分叉角度并与交互测量方法对比。这些参数对于医生制定治疗方案有重要意义。本文构造了一个综合的辅助诊断系统,操作者可以实现腹主动脉及瘤体的分割、重建、虚拟内窥及交互测量,取得了满意的效果。

刘明威[6](2016)在《虚拟支气管镜的研究》文中认为随着我国近年来雾霾等环境问题加剧,肺癌的发病率呈现急速上升趋势。而对肺癌最有效的诊治手段就是早期诊断、早期治疗,传统的诊断手段包括CT成像诊断、内窥镜镜检等,而随着医疗成像技术、计算机图形学和虚拟现实技术等的不断进步,一种新的诊断技术虚拟内窥镜(Virtual Endoscopy)被提出并得到了一定的发展,而本文所研究的虚拟支气管镜(Virtual Bronchoscopy)正是这其中较为重要且复杂的一个分支。为克服过去传统虚拟内窥镜对于硬件性能的依赖,本文旨在通过实现并优化虚拟支气管镜中的关键环节,使其可以在如今日常的计算机中平稳高效运行。文中就虚拟支气管镜的五大模块:(1)原始数据的采集;(2)支气管树的分割;(3)支气管骨架线的提取;(4)支气管三维数据的表面重建与绘制;(5)支气管骨架线引导下的管腔内漫游以及人机交互操作进行了现有技术的综述,并针对其中关键步骤进行了更深入的研究,在对传统方法进行归纳总结的同时,优化了以下的关键步骤:(1)支气管树分割中,对传统区域增长法进行了改良,以队列的形式用线性的方式进行区域增长,取代了传统方法中的递归式的增长,显着提高了区域增长的速度。在增长末期,使用自定义的模糊判断模型,最大可能地保留了支气管的体素数量,使得提取出的支气管细节更饱满。(2)骨架线提取中,本文基于传统的腐蚀细化法的思想,加入了LUT(look-up-table)的概念,在腐蚀细化模型的建立中,使用了区域增长的方式,从而降低了算法的时间复杂度。在腐蚀细化的操作过程中,由于用LUT进行参照,从本质上优化了传统腐蚀细化方法中,对体素点剥离判断的关键步骤,从而在整体上提高了算法的效率。实验表明,本文算法是传统腐蚀细化法速度的近23倍,是传统距离方法的近220倍。(3)在人机交互导航中,考虑人机交互的各种可能性并从操作者的角度出发,进行了较为完善的用户体验设计,并以软件工程的思想进行了实现。提供了丰富的导航方式,如纯手动、全自动和半自动的交互方式,并且实现了其它诸如光照控制、配色映射控制、透明度控制、距离测量、拍照截图等功能。

丛佳佳[7](2016)在《心血管CT图像三维可视化与计算机辅助诊断技术》文中研究表明随着现代人生活压力的不断增大,心血管疾病已经成为人类健康的最大威胁。目前,心血管疾病的临床诊断主要依靠CT血管造影、超声心动图、核磁共振造影等医学影像技术。医学影像中包含了非常丰富的信息,但由于其成像方式的特殊性以及成像对象的特殊性,通常不易直观阅读。因此,结合计算机视觉、图形学和模式识别等理论的医学图像三维可视化等计算机辅助诊断技术就随之发展起来了。本文主要研究了心血管CT图像的三维可视化及其辅助诊断技术在临床中的应用。本文以心血管CT造影数据为研究对象,着重研究了心血管CT数据的三维可视化和基于此的计算机辅助诊断技术。通过阅读大量相关文献和前人的研究成果,本课题组实现了一个心血管虚拟内窥镜系统,本文对此进行了研究和分析,总结了心血管虚拟内窥镜系统的图像预处理、三维重建、心脏的分割和提取、漫游路径规划和内窥镜实时显示五个关键组成部分。在三维可视化方面,本文对体绘制技术(Volume Rendering)中三维纹理映射方法和光线投射方法进行了深入研究,使用基于CUDA的光线投射方法进行三维重建并与三维纹理映射方法三维重建的结果进行了对比;此外,为了获得更好的显示效果,本文为基于CUDA的Ray Casting三维重建添加了光照效果。在虚拟内窥镜漫游路径规划方面,本文对一般方法进行了性能改进:对于距离变换步骤,本文使用一种线性时间的通用方法并结合CUDA进行了并行优化;对于Dijkstra抽取中心线步骤,本文使用配对堆优化了Dijkstra算法的时间复杂度。随后,结合改进后的中心线提取算法,本文设计了一个自动检测冠状动脉狭窄部位的方法,通过Collding Front算法初始化水平集,使用Fast Marching方法求解水平集从三维数据中分割出冠状动脉,然后抽取冠状动脉中心线,取中心线截面计算冠状动脉面积进而判断狭窄部位。实验结果表明,本文的对漫游路径规划方法的改进在时间效率上有了很大的提高,本文设计的冠状动脉狭窄检测方法也有较好的检测结果。本文对心血管虚拟内窥镜系统的研究和关键步骤的优化以及本文设计的冠状动脉狭窄自动检测方法对目前心血管疾病的临床人工诊断有很好的辅助意义。

周涛涛[8](2016)在《面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统若干问题研究》文中指出可控的核聚变能是最具前景的清洁能源之一,托卡马克是研究核聚变的主要装置,其远程检测任务是一个极具挑战的工作。先进实验超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)已经在中国科学院等离子体物理研究所建造并成功运行。复杂的EAST腔内部环境、受限的视觉反馈、困难的用户操作培训等因素,严重影响EAST检测的遥操作任务实现。为了解决这些问题,面向EAST腔检测开发一个能实时显示检测装置相对于EAST腔位置进行视觉反馈保障安全、能进行操作培训及其它功能的遥操作虚拟现实仿真系统非常必要。快速碰撞检测能建立一种安全机制,确保遥操作的安全;第一壁场景复现能进行较全面的视觉反馈,帮助了解EAST腔体内部的真实情况;虚拟相机最佳视角研究对人机交互体验有大幅度改善。因此,虚拟现实仿真系统这些关键问题的研究对于提升遥操作的安全性和效率也具有重要意义。本文设计并实现了一个面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统,并对虚拟现实仿真系统中的若干关键问题进行了研究。目前,该虚拟现实仿真系统已经成功地应用到EAST腔检测任务中。本文的研究内容概述如下:1)虚拟现实仿真系统构建:设计并实现了面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统,实现了对远程检测机械臂的仿真和控制;2)快速碰撞检测方法研究:针对遥操作检测中安全控制的要求,提出了一种适用于非凸多面体的快速碰撞检测方法,实现了柔性内窥机械臂与EAST腔的快速碰撞检测,计算出它们之间的最短距离并实时显示,当检测距离进入预警范围时,仿真发送预警信号到控制系统,采取安全控制。3)第一壁场景复现方法研究:选择虚拟现实仿真中感兴趣的区域,然后控制机械臂检测对应砖块;结合第一壁图像信息和柔性内窥机械臂的位置反馈信息,通过图像识别、增强虚拟、纹理映射技术,完成第一壁图片贴到虚拟现实仿真系统对应位置。4)虚拟相机最佳视角方法研究:对虚拟相机最佳视角进行研究,给出了相机视角质量的评价指标,考虑了常用的影响视角的因素,并给出了量化表达式,通过视角搜寻方法找到最佳视角,实验验证了有效性。

张文涛[9](2015)在《基于CTA数据的颈动脉可视化技术研究》文中研究指明颈动脉是将血液由心脏输送到头颈面部的大血管,是脑的主要供血血管。临床上,通常采用计算机断层扫描血管造影技术(Computed Tomography Angiography,CTA)对颈动脉成像,针对血管的形态学检查来观察颈动脉硬化、颈动脉狭窄、颈动脉斑块和血液流变等问题。随着介入放射学的发展,它已经成为临床的一种重要的诊断方法。利用颈动脉的CTA数据对颈动脉可视化是本文研究的关键课题,主要包括血管形态可视化和血管管腔可视化,涉及到血管的提取、数据的可视化以及虚拟内窥等技术。本文主要成果如下:1.基于Sato的血管增强原理,本文提出了一种改进算法。Sato的滤波器可以很好地滤除3D数据中的面状结构和球状结构,但是对于背景信息滤除效果不佳。新算法将背景像素的Hessian矩阵特征值也考虑到滤波器的设计中,增强了滤波器滤除背景像素的功能。基于临床颈动脉的CTA数据和脑部血管的MRA数据,我们做了实验分析。实验结果表明,在保留原算法优点的情况下,背景内容被大幅度移除,图像对比度得到进一步提高,血管结构更加清晰可辨。对于增强后的结果,采用孤立连接分割算法,提取血管。之后进行膨胀后处理,填充分割产生的血管空洞;2.为了能提取完整的颈动脉,设计了颈动脉提取算法。该算法需利用血管分割的结果数据。首先需要构建血管树,建立层间“血管元素”之间的联系,分两个步骤:标记血管区域和建立区域连接。为获取医生感兴趣的血管段,可以针对感兴趣血管段所在的血管树,利用简单的数组操作可以获得感兴趣血管段;3.为了实现虚拟内窥镜的分支漫游功能,设计了分支漫游算法。首先人工选择漫游路径。然后,判断漫游路径数目。如果漫游路径有多条时,进行漫游路径重组,在重组算法中重新对漫游路径排序;如果只有一条漫游路径,则可直接漫游。利用分支漫游算法,实现了血管分支漫游功能;4.在Visual Studio 2008集成开发环境下,采用混合编程技术,利用ITK实现数据的处理功能,利用VTK实现可视化及虚拟内窥镜功能,利用Qt设计软件框架并将各功能模块集成到框架中来,完成了软件平台的搭建。平台还提供了颜色透明度预置和窗宽窗位预置、CPU渲染和GPU渲染的切换等辅助功能;以上研究成果主要在血管提取和虚拟内窥镜技术中的多分支漫游等方面提出了具体的思路及方案,并以可视化软件平台的方式进行了实验验证。

张晗[10](2015)在《科技助力医学发展 创新打造健康人生——记北京师范大学周明全教授项目组“心脑血管虚拟内窥功能”研究》文中进行了进一步梳理心脑血管是人体血管中的最典型代表,心脑血管疾病是当前影响人类健康最主要的疾病之一。结合信息科学与生命科学特点,运用计算机最新科技方法对血管的研究,是近年来该领域的研究热点。该领域的研究进展和技术突破,对临床医学、生命科学、病症统计学及预防学等领域的发展将带来重要的影

二、三维人体虚拟内窥的发展与理论研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、三维人体虚拟内窥的发展与理论研究(论文提纲范文)

(1)面向CTA数据的心脏医学图像交互式分割与导航系统(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源与研究意义
        1.1.1 医学图像处理与分析
        1.1.2 医学图像交互式分割
        1.1.3 虚拟内窥技术
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 交互式分割技术的研究现状
        1.2.2 虚拟内窥技术的研究现状
        1.2.3 医学图像交互式系统的研究现状
    1.3 本文的研究内容及组织结构
第2章 系统需求分析与总体设计
    2.1 需求分析
        2.1.1 用户需求
        2.1.2 系统需求
    2.2 系统总体设计
        2.2.1 功能结构
        2.2.2 业务流程设计
        2.2.3 系统技术架构
    2.3 开发工具与开发环境
    2.4 本章小结
第3章 应用程序的详细设计与实现
    3.1 平台UI框架
    3.2 应用程序插件的设计与实现
    3.3 系统通用功能的实现
    3.4 本章小结
第4章 交互式分割模块的详细设计与实现
    4.1 交互式分割插件的详细设计与实现
        4.1.1 交互式裁剪模块
        4.1.2 算法模型部署模块
        4.1.3 初始分割模块
        4.1.4 修补分割模块
    4.2 交互式修补分割算法的详细设计与实现
        4.2.1 算法设计
        4.2.2 制作数据集
        4.2.3 网络和训练
        4.2.4 实验结果及可视化
    4.3 本章小结
第5章 交互式导航的详细设计与实现
    5.1 虚拟内窥插件的详细设计与实现
        5.1.1 中心路径处理模块
        5.1.2 人工选点模块
        5.1.3 引导漫游模块
    5.2 场景存储插件的设计与实现
        5.2.1 静态存储模块
        5.2.2 动态存储模块
    5.3 本章小结
第6章 系统测试
    6.1 开发测试
    6.2 功能测试
        6.2.1 系统整体测试
        6.2.2 交互式分割模块测试
        6.2.3 虚拟内窥模块测试
        6.2.4 场景存储模块测试
    6.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得创新性成果
致谢

(2)面向医用虚拟内窥的触觉再现装置关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 医用虚拟内窥镜技术研究现状
        1.2.2 触觉再现装置研究现状
    1.3 主要工作与创新点
    1.4 本文研究主要内容与结构
第2章 医用虚拟内窥镜技术
    2.1 医用虚拟内窥镜技术原理
    2.2 虚拟内窥系统仿真
        2.2.1 CHAI3D
        2.2.2 虚拟内窥镜仿真环境结构
        2.2.3 虚拟内窥镜仿真环境设计
        2.2.4 碰撞检测及力的计算
    2.3 虚拟内窥系统需要研究与解决的问题
    2.4 本章小结
第3章 触觉再现装置硬件平台关键技术
    3.1 系统结构设计
    3.2 机械结构
        3.2.1 总体结构设计
        3.2.2 传动结构设计
        3.2.3 3D打印实现
    3.3 反馈力执行器与位置编码器
        3.3.1 反馈力执行器
        3.3.2 反馈力执行器参数
        3.3.3 位置编码器设计
    3.4 核心控制器
        3.4.1 微控制器介绍与选型
        3.4.2 微控制器外设
    3.5 本章小结
第4章 触觉再现装置软件算法关键技术
    4.1 定位算法
        4.1.1 坐标系设计
        4.1.2 接触点坐标定位
        4.1.3 位置编码器角度算法设计
    4.2 反馈力再现算法
        4.2.1 雅各比矩阵
        4.2.2 力矩再现算法
        4.2.3 反馈力执行器驱动
    4.3 摩擦力补偿算法
        4.3.1 摩擦力补偿
        4.3.2 摩擦力补偿方向
    4.4 串口通信方式设计
    4.5 装置软件总体结构设计
    4.6 本章小结
第5章 面向医用虚拟内窥的触觉再现系统设计与实现
    5.1 虚拟内窥与触觉再现系统集成
        5.1.1 系统集成
        5.1.2 坐标系转换
    5.2 磁阻传感器测试
    5.3 触觉再现装置再现力测试
        5.3.1 PWM波与电机力矩关系测试
        5.3.2 触觉再现装置再现力测试
    5.4 虚拟内窥环境测试
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢

(3)基于电磁导航与增强现实的复杂先心病畸形病灶定位技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 手术导航技术
        1.2.2 医用增强现实技术
        1.2.3 复杂先心病畸形病灶矫治术
    1.3 研究内容与论文组织结构
第二章 先心病手术电磁导航系统构建
    2.1 引言
    2.2 先心病电磁手术导航系统硬件平台组成
        2.2.1 电磁导航仪的组成
        2.2.2 电磁导航手术平台及标记点设计
    2.3 先心病电磁手术导航系统软件设计
        2.3.1 软件的模块设计
        2.3.2 内窥镜标定程序
    2.4 本章小结
第三章 畸形心脏三维可视化与开胸切口规划
    3.1 引言
    3.2 先心病图像三维可视化方法研究
        3.2.1 DICOM格式图像解析
        3.2.2 图像读取与处理接口
        3.2.3 三维渲染技术研究
        3.2.4 模型交互式操作技术研究
    3.3 开胸切口规划方法研究
        3.3.1 基于畸变心脏模型的正交投影
        3.3.2 掩膜图像生成与处理
        3.3.3 结合优化算法的开胸切口生成
    3.4 本章小结
第四章 先心病手术电磁导航技术研究
    4.1 引言
    4.2 手术注册技术研究
        4.2.1 图像空间标记点自动提取算法
        4.2.2 手术空间标记点提取方法研究
        4.2.3 图像与手术空间注册算法研究
    4.3 术中导航技术研究
        4.3.1 基于3D打印心脏模型的导航实验
        4.3.2 手术导航的定位精度分析
    4.4 本章小结
第五章 基于增强现实的畸形病灶精准定位
    5.1 引言
    5.2 基于内窥镜的增强现实导航技术研究
        5.2.1 内窥镜系统简述
        5.2.2 内窥镜与传感器的标定方法研究
        5.2.3 虚实融合方法研究
    5.3 基于增强现实的畸形病灶定位实验
        5.3.1 实验结果
        5.3.2 增强现实精度分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    工作总结
    工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

(4)对可变焦内窥探头与压缩感知OCT的研究及临床应用(论文提纲范文)

摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 引言
    1.1 OCT技术简介
    1.2 OCT技术发展概况
    1.3 内窥OCT技术概述
    1.4 选题背景与意义
    1.5 论文结构安排
第2章 OCT技术基本原理
    2.1 本章引言
    2.2 OCT技术基本原理
        2.2.1 光“回声”的探测
        2.2.2 迈克尔逊干涉仪
        2.2.3 频域OCT成像原理
    2.3 OCT系统性能参数
        2.3.1 纵向分辨率
        2.3.2 横向分辨率
        2.3.3 成像深度
        2.3.4 信噪比
    2.4 本章小结
第3章 可变焦的高分辨OCT内窥探头
    3.1 本章引言
    3.2 研究背景
    3.3 可变焦内窥探头的实现方法
        3.3.1 可变焦内窥探头的结构与变焦原理
        3.3.2 内窥OCT成像系统介绍
        3.3.3 中空超声电机工作原理简介
    3.4 可变焦内窥探头的性能参数
        3.4.1 信噪比与成像深度
        3.4.2 横向分辨率
        3.4.3 变焦范围
    3.5 可变焦内窥探头的成像结果
        3.5.1 胶带样品成像
        3.5.2 生物样品成像
    3.6 研究成果的意义与讨论
    3.7 本章小结
第4章 硬件随机采样的压缩感知OCT系统
    4.1 本章引言
    4.2 研究背景
    4.3 压缩感知的原理与算法
    4.4 硬件随机采样的实现方案
        4.4.1 早期方案
        4.4.2 新方案
        4.4.3 新方案的实现
        4.4.4 相关理论计算
    4.5 性能测试与成像结果
        4.5.1 成像深度测试
        4.5.2 盖玻片样品成像
        4.5.3 生物样品成像
    4.6 本章小结
第5章 可用于临床成像的内窥OCT系统
    5.1 本章引言
    5.2 研究背景
    5.3 用于临床的内窥探头的设计与制作
        5.3.1 内窥探头的整体设计要求
        5.3.2 内窥探头的光学设计
        5.3.3 内窥探头的光学元件加工
        5.3.4 内窥探头的制作与封装
    5.4 频域OCT成像系统的集成与封装
    5.5 内窥OCT系统的参数测试与成像测试
    5.6 临床图像采集
    5.7 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究工作
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

(5)计算机辅助腹主动脉瘤手术的关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 计算机辅助手术规划中的医学影像分析技术
        1.2.1 医学影像分析在临床上的应用
        1.2.2 虚拟内窥技术
    1.3 课题研究的主要内容和创新
    1.4 本文的内容安排
第二章 腹主动脉瘤的分割与三维重建
    2.1 引言
    2.2 三维区域生长算法
        2.2.1 预处理
        2.2.2 区域生长
    2.3 水平集分割算法
        2.3.1 水平集构建
        2.3.2 水平集的数值计算
        2.3.3 基于Fast Marching的水平集图像分割
    2.4 带先验形状约束的水平集分割算法
        2.4.1 基于曲线演化的形状恢复
        2.4.2 速度函数的扩展
        2.4.3 基于先验形状建模的水平集分割
    2.5 三维重建
        2.5.1 面绘制
        2.5.2 体绘制
    2.6 实验
        2.6.1 分割结果对比
        2.6.2 重建结果对比
    2.7 本章小结
第三章 虚拟内窥技术的路径规划
    3.1 引言
    3.2 常见方法对比
        3.2.1 拓扑细化法
        3.2.2 基于边界曲面中轴提取法
    3.3 基于边界距离场和最短路径法
        3.3.1 边界距离场
        3.3.2 梯度下降法
        3.3.3 中心线抽取
    3.4 虚拟漫游
        3.4.1 虚拟内窥技术基本原理
        3.4.2 光照模型和虚拟相机几何模型
    3.5 实验
        3.5.1 中心路径提取
        3.5.2 虚拟内窥
    3.6 本章小结
第四章 可视化技术在计算机辅助腹主动脉瘤手术中的应用
    4.1 引言
    4.2 腹主动脉瘤直径测量
    4.3 髋动脉分叉角度测量
    4.4 实验
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究工作总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文

(6)虚拟支气管镜的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 肺部疾病诊断
        1.1.2 虚拟内窥镜技术
    1.2 虚拟内窥镜的研究现状
    1.3 虚拟支气管镜技术组成与难点
    1.4 本文研究内容与篇章安排
    1.5 本章小结
第二章 支气管分割
    2.1 三维医学图像分割综述
        2.1.1 三维医学图像分割的研究现状
        2.1.2 三维组织分割算法的综述
    2.2 气道树
        2.2.1 气道树特点
        2.2.2 气道树分割难点
    2.3 阈值自适应的区域增长法
        2.3.1 基于队列结构的快速区域增长
        2.3.2 阈值自适应监控
        2.3.3 末端模糊模型补全
        2.3.4 形态学闭操作后处理
    2.4 分割结果
    2.5 本章小结
第三章 中心线提取
    3.1 骨架线的基本定义
    3.2 现有三维中心线提取的综述
    3.3 基于LUT的快速提取
        3.3.1 腐蚀模型的建立
        3.3.2 邻域分布的分析与LUT的建立
        3.3.3 基于LUT的快速腐蚀细化
        3.3.4 剪枝算法
    3.4 实验部分
        3.4.1 实验环境与实验数据
        3.4.2 LUT建立的线程最优化
        3.4.3 骨架线提取结果与比较
    3.5 实验讨论
        3.5.1 LUT复杂度分析
        3.5.2 基于LUT细化的优越性
    3.6 本章小结
第四章 数据处理与绘制
    4.1 绘制技术
        4.1.1 图像处理库介绍
        4.1.2 体绘制
        4.1.3 面绘制
    4.2 数据转换
        4.2.1 支气管等值面提取
        4.2.2 骨架线数据解析与转换
    4.3 本章小结
第五章 虚拟支气管镜系统
    5.1 虚拟支气管镜的应用环境
    5.2 虚拟支气管镜系统介绍
    5.3 虚拟支气管镜的导航操作
        5.3.1 手工观察
        5.3.2 自动导航式观察
        5.3.3 半自动式观察
    5.4 本章小结
第六章 全文总结
    6.1 研究总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(7)心血管CT图像三维可视化与计算机辅助诊断技术(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
英文缩略语
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 医学影像在心血管疾病诊断中的作用
    1.3 课题主要研究内容与意义
    1.4 本文的组织结构
第二章 基础理论与相关研究
    2.1 医学图像预处理
        2.1.1 DICOM文件解析
        2.1.2 CT数据的窗口变换
    2.2 医学图像分割
        2.2.1 基于区域的分割方法
        2.2.2 基于边缘的分割方法
        2.2.3 基于特定理论的分割方法
    2.3 内窥镜漫游路径的中心线抽取方法
        2.3.1 拓扑细化法
        2.3.2 距离变换法
        2.3.3 基于水平集的方法
    2.4 医学图像三维可视化技术
        2.4.1 面绘制
        2.4.2 体绘制
    2.5 本章小结
第三章 心血管虚拟内窥镜系统与体绘制技术
    3.1 虚拟内窥镜系统的一般设计
    3.2 心血管虚拟内窥镜系统关键组成
        3.2.1 CT数据采集与预处理
        3.2.2 三维重建
        3.2.3 心脏的分割与提取
        3.2.4 漫游路径规划
        3.2.5 实时显示
    3.3 体绘制相关研究与实验
        3.3.1 使用Ray Casting进行三维重建
        3.3.2 为模型重建添加伪彩色与表面光照效果
    3.4 本章小结
第四章 虚拟内窥镜漫游路径规划方法的改进
    4.1 欧式距离变换计算优化
        4.1.1 原始的Saito方法
        4.1.2 Meijster优化方法
        4.1.3 线性时间的Felzenszwalb方法
        4.1.4 使用CUDA并行优化
    4.2 中心线抽取过程优化
        4.2.1 Pairing Heap简介
        4.2.2 使用Pairing Heap优化的中心线抽取方法
    4.3 实验对比
        4.3.1 距离场生成实验
        4.3.2 中心线抽取实验
    4.4 本章小结
第五章 结合中心线的冠状动脉狭窄检测方法
    5.1 冠状动脉提取
        5.1.1 水平集分割方法
        5.1.2 窄带法与快速行进法
        5.1.3 Colliding Front初始化方法
        5.1.4 分割实验结果
    5.2 狭窄部位检测
        5.2.1 冠脉中心线提取
        5.2.2 截面提取方法
        5.2.3 狭窄检测实验
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文

(8)面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统若干问题研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 遥操作虚拟现实仿真系统的应用研究现状
    1.3 遥操作虚拟现实仿真系统的关键技术研究现状
        1.3.1 快速碰撞检测方法
        1.3.2 第一壁场景复现方法
        1.3.3 虚拟相机最佳视角问题
    1.4 本文研究内容和组织架构
        1.4.1 本文的研究内容
        1.4.2 本文的章节安排
第二章 虚拟现实仿真系统总体方案设计与实现
    2.1 系统总体构成
    2.2 虚拟现实仿真系统总体设计
        2.2.1 柔性内窥机械臂结构介绍
        2.2.2 系统工作模式和操作方式
    2.3 虚拟现实仿真系统功能实现
        2.3.1 开发工具与环境构建
        2.3.2 三维场景实时观察
        2.3.3 快速碰撞检测
        2.3.4 3D立体显示
        2.3.5 仿真系统直接控制机械臂
        2.3.6 基于增强虚拟的第一壁场景再现
        2.3.7 多视角反馈
        2.3.8 虚拟相机最佳视角控制
    2.4 本章小结
第三章 一种适用于非凸多面体的快速碰撞检测方法研究
    3.1 引言
    3.2 适用于非凸多面体的快速碰撞检测方法
        3.2.1 GJK碰撞检测算法介绍
        3.2.2 一种改进的模型剖分方法
        3.2.3 一种新的碰撞检测加速方法
    3.3 适用于非凸多面体的快速碰撞检测实现
    3.4 本章小结
第四章 第一壁场景复现方法研究
    4.1 引言
    4.2 第一壁场景复现方法
        4.2.1 仿真区域选择与渲染
        4.2.2 砖块图像提取与匹配
        4.2.3 纹理贴图
    4.3 第一壁场景复现功能实现
    4.4 本章小结
第五章 虚拟相机最佳视角控制研究
    5.1 引言
    5.2 虚拟相机最佳视角控制方法
        5.2.1 相机视角质量(Viewpoint Quality)测量指标
        5.2.2 影响相机视角的因素量化表达式
        5.2.3 最佳视角搜寻方法
    5.3 虚拟相机最佳视角控制实现
        5.3.1 虚拟相机最佳视角控制实验验证
        5.3.2 虚拟现实仿真系统中实现
    5.4 本章小结
第六章 实验与分析
    6.1 实验环境
        6.1.1 服务器配置
        6.1.2 虚拟现实仿真系统本地端环境
        6.1.3 虚拟现实仿真系统远程端环境
    6.2 快速碰撞检测实验测试
        6.2.1 碰撞检测功能测试
        6.2.2 安全预警功能测试
        6.2.3 速度测试
        6.2.4 精度测试
    6.3 第一壁场景复现实验测试
        6.3.1 在线复现功能测试
        6.3.2 离线复现功能测试
        6.3.3 仿真砖块节点查找与渲染速度测试
    6.4 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间参加的科研项目
攻读硕士期间完成的学术论文

(9)基于CTA数据的颈动脉可视化技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 相关技术的研究现状
        1.2.1 三维可视化技术
        1.2.2 虚拟内窥镜技术
    1.3 本课题所使用主要工具简介
        1.3.1 医学图像处理工具包ITK
        1.3.2 可视化工具包VTK
    1.4 论文研究内容及组织结构
第2章 数据预处理及颈动脉提取
    2.1 数据预处理
        2.1.1 去噪
        2.1.2 插值
    2.2 颈动脉提取
        2.2.1 颈部血管增强
        2.2.2 颈部血管分割
        2.2.3 颈动脉及感兴趣血管段的提取算法
    2.3 本章小结
第3章 颈动脉的三维可视化
    3.1 光照明模型
    3.2 面绘制技术
        3.2.1 MarchingCubes算法
        3.2.2 DividingCubes算法
        3.2.3 两种面绘制算法的实验结果比较
    3.3 体绘制技术
        3.3.1 体绘制中的光学模型及图像合成
        3.3.2 常用体绘制算法及比较
    3.4 本章小结
第4章 颈动脉虚拟内窥镜
    4.1 漫游路径的获取
        4.1.1 血管中轴线提取
        4.1.2 漫游路径重组
    4.2 基于VTK的虚拟虚拟内窥镜
        4.2.1 虚拟相机
        4.2.2 虚拟光照
        4.2.3 面绘制技术实现实时绘制
        4.2.4 虚拟漫游实现
    4.3 本章小结
第5章 颈动脉可视化平台的软件实现
    5.1 软件设计目标
    5.2 软件功能简介
        5.2.1 整体功能流程
        5.2.2 系统功能结构
        5.2.3 虚拟内窥镜中的人机交互功能
    5.3 软件界面简介
    5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目
附录C 主要程序清单
致谢

(10)科技助力医学发展 创新打造健康人生——记北京师范大学周明全教授项目组“心脑血管虚拟内窥功能”研究(论文提纲范文)

开拓创新, 打破技术瓶颈
锐意进取, 成果丰硕
产业化发展, 助力祖国医学事业

四、三维人体虚拟内窥的发展与理论研究(论文参考文献)

  • [1]面向CTA数据的心脏医学图像交互式分割与导航系统[D]. 孔晓晴. 哈尔滨工业大学, 2021
  • [2]面向医用虚拟内窥的触觉再现装置关键技术研究[D]. 刘明雨. 沈阳工业大学, 2020(01)
  • [3]基于电磁导航与增强现实的复杂先心病畸形病灶定位技术研究[D]. 戴知宇. 华南理工大学, 2019
  • [4]对可变焦内窥探头与压缩感知OCT的研究及临床应用[D]. 廖文超. 清华大学, 2019
  • [5]计算机辅助腹主动脉瘤手术的关键技术研究[D]. 牛明. 上海交通大学, 2017(09)
  • [6]虚拟支气管镜的研究[D]. 刘明威. 上海交通大学, 2016(03)
  • [7]心血管CT图像三维可视化与计算机辅助诊断技术[D]. 丛佳佳. 上海交通大学, 2016(03)
  • [8]面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统若干问题研究[D]. 周涛涛. 上海交通大学, 2016(03)
  • [9]基于CTA数据的颈动脉可视化技术研究[D]. 张文涛. 湖南大学, 2015(04)
  • [10]科技助力医学发展 创新打造健康人生——记北京师范大学周明全教授项目组“心脑血管虚拟内窥功能”研究[J]. 张晗. 海峡科技与产业, 2015(04)

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3D人体虚拟内窥镜的发展与理论研究
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