目的開發(fā)基于HoloLens的AR手術(shù)導航系統(tǒng),分析影響此系統(tǒng)誤差的因素,定量探究各個因素對誤差的影響程度,為降低此類導航系統(tǒng)的誤差明確側(cè)重點。方法以Unity3D為開發(fā)平臺開發(fā)的手術(shù)導航系統(tǒng)實現(xiàn)了3種三維注冊方法:基于識別圖三維注冊、三點注冊和手動注冊。從人因工程的角度出發(fā),結(jié)合臨床醫(yī)生手術(shù)操作行為、HoloLens性能和臨床使用環(huán)境三方面分析影響誤差的可能因素,即三維注冊方法、頭部轉(zhuǎn)動、周圍人數(shù)和觀測角度。將這些因素設置為3個水平,設計正交實驗驗證并測量不同因素、不同水平下每次實驗的誤差大小,通過方差分析確定影像程度是否顯著。結(jié)果導航系統(tǒng)3種注冊方法平均誤差值為416mm,4個因素產(chǎn)生的誤差量分別為388mm、091mm、4338 mm。結(jié)論系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)導航功能但存在一定誤差,誤差影響程度由大到小依次為頭部轉(zhuǎn)動、三維注冊方法、周圍人數(shù)和觀測角度,其中頭部轉(zhuǎn)動和三維注冊方法具有顯著性影響。本研究可為基于HoloLens的AR手術(shù)導航系統(tǒng)誤差的降低和交互方式的設計提供新的思路。 

【文章來源】：北京生物醫(yī)學工程. 2020,39(03)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

基于HoloLens的AR手術(shù)導航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三維注冊作為增強現(xiàn)實重要的特點之一，是指將計算機產(chǎn)生的虛擬物體與周圍的真實環(huán)境全方位對準，而且要求用戶在真實環(huán)境的運動過程中維持正確的對準關系。在本系統(tǒng)中三維注冊方法用于將患者虛擬的器官模型和真實的器官模型進行疊加顯示，三維注冊方法的設計將直接影響導航系統(tǒng)的精確度�；贖oloLens的AR三維注冊坐標轉(zhuǎn)換過程如圖3所示，其中FW(xw,yw,zw）、FC(xc,yc,zc）、FV(xv,yv,zv）和F(u,v）分別為現(xiàn)實世界坐標系、攝像機坐標系、虛擬模型坐標系和顯示屏坐標系，T1、T2和T3分別是世界坐標系到攝像機坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣、虛擬模型坐標系到攝像機坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣和攝像機坐標系到屏幕坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣。圖3 三維注冊坐標轉(zhuǎn)換

圖2 HoloLens視角下虛擬血管（紅色）和骨骼（黃色）模型T1與T2按照式（1）進行轉(zhuǎn)換，其中R為3×3旋轉(zhuǎn)矩陣，T為三維平移矢量。T1的轉(zhuǎn)換矩陣獲取可以通過HoloLens的SLAM技術(shù)獲得，T2的轉(zhuǎn)換矩陣需要在注冊時實時求取。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]精準空間透視融合手術(shù)導航[J]. 范真誠,張欣然,廖洪恩.  中國醫(yī)療設備. 2016(03)
[2]基于增強現(xiàn)實的外科手術(shù)導航技術(shù)[J]. 鈕艷華,汪元美,段會龍.  中國醫(yī)療器械雜志. 2004(01)

碩士論文
[1]高精度手術(shù)導航的研究與應用[D]. 沈軼.上海交通大學 2012



本文編號：3208561