手术导航系统中空间配准算法的研究

摘要

现在随着物质生活水平的不断提高，人们对自身的健康状况也更加的关心，同时对医疗手段也提出了更高的要求。手术导航系统结合了计算机、图像处理和空间定位等多种先进的科学技术，使一些使用传统手术方法无法完成或很难完成的手术成为可能。手术导航系统具有精度高和微创化的特点，相比以往，医生可以在手术前使用手术导航系统进行模拟手术，这些都大大的提高了外科手术的安全性。手术导航系统符合了人们对新的先进医疗技术的要求。
　　本文的主要研究内容是手术导航系统的关键技术之一空间配准技术，空间配准就是将患者病灶所在的空间坐标系和虚拟空间坐标系统一在一个坐标系内。本文分别对成对点集的空间配准和非成对点集的空间配准进行了研究。对于成对点集本文首先使用传统的四元数算法和SVD矩阵分解法进行配准，而对于非成对点集采用最近点迭代算法（Iterative Closest Point，ICP）算法进行配准。为了提高空间配准的精度，针对成对点集的空间配准，本文结合了ICP算法对四元数算法进行了改进；针对非成对点集的空间配准，本文结合了Delaunay剖分对ICP算法进行了改进。
　　最后本文对提出的两种改进算法进行了仿真实验。通过对实验结果的分析可知，两种改进的配准算法在运算上花费的时间比之前要长，但是仍在可接受的范围之内，与此同时在配准精度上有了明显的提高，达到了预期的效果。

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2手术导航系统原理及构造

1.3不同种类的手术导航系统

1.4手术导航系统的流程及优点

1.5手术导航系统的应用及前景

1.6本文的主要研究内容

第二章 基于成对点集的空间配准

2.1手术导航系统对空间配准技术的要求

2.2空间配准技术的简介

2.3空间配准算法的分类及研究现状

2.4基于四元数和SVD矩阵分解的配准算法

2.5基于ICP迭代的四元数配准算法

2.6本章小结

第三章 基于非成对点集空间配准

3.1基于ICP的空间配准算法

3.2基于Delaunay剖分的ICP配准算法

3.3本章小结

第四章 总结和展望

4.1总结

4.2展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

参与的科研项目

致谢