目的開發(fā)基于HoloLens的AR手術(shù)導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)的誤差明確側(cè)重點(diǎn)。方法以Unity3D為開發(fā)平臺開發(fā)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了3種三維注冊方法:基于識別圖三維注冊、三點(diǎn)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(shè)置為3個水平,設(shè)計正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并測量不同因素、不同水平下每次實(shí)驗(yàn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)誤差的降低和交互方式的設(shè)計提供新的思路。 

【文章來源】：北京生物醫(yī)學(xué)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(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三維注冊作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)重要的特點(diǎn)之一，是指將計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體與周圍的真實(shí)環(huán)境全方位對準(zhǔn)，而且要求用戶在真實(shí)環(huán)境的運(yùn)動過程中維持正確的對準(zhǔn)關(guān)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(shí)的器官模型進(jìn)行疊加顯示，三維注冊方法的設(shè)計將直接影響導(dǎo)航系統(tǒng)的精確度�；贖oloLens的AR三維注冊坐標(biāo)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(shí)世界坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系、虛擬模型坐標(biāo)系和顯示屏坐標(biāo)系，T1、T2和T3分別是世界坐標(biāo)系到攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣、虛擬模型坐標(biāo)系到攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣和攝像機(jī)坐標(biāo)系到屏幕坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。圖3 三維注冊坐標(biāo)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(jìn)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(shí)時求取。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]精準(zhǔn)空間透視融合手術(shù)導(dǎo)航[J]. 范真誠,張欣然,廖洪恩.  中國醫(yī)療設(shè)備. 2016(03)
[2]基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的外科手術(shù)導(dǎo)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(dǎo)航的研究與應(yīng)用[D]. 沈軼.上海交通大學(xué) 2012



本文編號：3208561