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基于增强现实的手术导航图像融合方法研究

刘晓宏  
【摘要】:应用在手术导航系统中的基于增强现实的图像融合技术改变了传统的手术方式,不仅能减轻病人痛苦,有效的降低手术风险,还能精确的制定术前规划,在医疗培训方面也具有很高的应用价值。基于增强现实的图像融合是将虚拟的病灶部位叠加在真实的手术部位,为医生诊断提供更多的支撑。 本文研究了二维图像的融合及三维图像的融合可视化,通过对将要手术部位的外表面二维融合和内部生理信息的三维融合,使病灶信息量增大,具体的研究内容和成果如下: 1.本文结合真实的手术过程对增强现实系统进行了设计,主要分成四个部分,包括虚拟颅骨模型的三维重建、增强现实系统的空间定位、真实手术场景的重构和虚实融合显示。采用基于Matlab工具箱的摄像机标定方法,完成了系统的空间定位,为增强现实融合部分做了前续工作。 2.设计了易于识别、提取的蓝色外加标志点,利用目标窗口对颅骨定位剪切,提取蓝色标志点,计算标志点质心坐标并对质心标号,利用基于Laplacian矩阵的图像匹配方法对左右图像进行匹配,最后利用加权图像融合方法和像素灰度值极大(小)图像融合法完成左右颅骨图像外表面二维融合。 3.研究了虚实配准的原理、方法,提出了一种融合图像显示方法。利用三维扫描颅骨的数据重建虚拟颅骨模型,采用了对多角度图片进行三维场景恢复的方法得到真实手术场景,最后把虚拟的颅骨模型导入到真实的手术场景空间去,显示在计算机上。 本文在搭建的实验平台的基础上,对该系统进行了实验研究。首先进行双目摄像机标定,经过实验分析,系统的标定误差在0.3个像素以内,达到了亚像素级的精度;然后对左右摄像机采集的图像进行Laplacian匹配和加权、像素灰度值极大(小)图像融合;最后将重建的虚拟模型导入到真实手术场景中并通过计算机屏幕进行显示。本文研究的阶段性成果为后续动态可视化研究打下了基础。


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