【摘 要】
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放射性粒子植入治疗癌症是目前治疗癌症的主要方法,尤其在对前列腺的治疗当中相比传统的前列腺癌切除手术,前列腺粒子植入术可以在对患者性功能影响尽可能小的情况下减少对患者生活的影响、减少患者术后并发症出现的可能性。在近些年前列腺粒子植入术采用使用机器人代替医生的方法来减轻医生的工作强度,但前列腺粒子植入机器人还是有很多问题需要进行研究,如可视化效果不好、术前导航单一、交互方式单一等。本文研究混合现实环境
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（项目编号:51675142）:基于MRI与超声图像融合的前列腺癌粒子植入过程实时路径控制；
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放射性粒子植入治疗癌症是目前治疗癌症的主要方法,尤其在对前列腺的治疗当中相比传统的前列腺癌切除手术,前列腺粒子植入术可以在对患者性功能影响尽可能小的情况下减少对患者生活的影响、减少患者术后并发症出现的可能性。在近些年前列腺粒子植入术采用使用机器人代替医生的方法来减轻医生的工作强度,但前列腺粒子植入机器人还是有很多问题需要进行研究,如可视化效果不好、术前导航单一、交互方式单一等。本文研究混合现实环境下的前列腺粒子植入机器人的手势交互,通过混合现实与手势交互为前列腺粒子植入机器人提供了更好的可视化环境与更多的交互方式选择,力求便于医生在手术前观察病人患部同时实现直观、便捷的人机交互方法,实现前列腺粒子植入的安全化、自动化、精准化。本文采取患者前列腺的MRI医学影像进行医学图像预处理,通过对MRI医学影像进行图像降噪、图像边缘锐化、图像分割,以获得更清晰的医学图像便于进行三维重建。使用三维重建软件对MRI医学图像进行三维重建,得到前列腺及周边包括膀胱、直肠、耻骨等组织的三维模型。对前列腺粒子植入机器人的混合现实环境进行搭建并对混合现实的三维注册算法进行研究。首先对三维注册的坐标转换与流程进行了分析,随后分析了三维注册的常见算法,并提出一种基于SVD改进的ICP算法,对ICP的粗配准方面进行改进。最后通过Unity 3D进行混合现实环境搭建,结合混合现实全息应用,完成前列腺粒子植入的导航功能。对手势交互的坐标转换关系进行研究,手势交互使用Leap Motion传感器进行交互,通过对硬件的坐标系、机器人坐标系与掌心坐标进行分析,提出一种手势交互坐标转换的人机手势坐标转换方法,达到精准进行手势交互效果。并对前列腺粒子植入机器人的运动建立D-H坐标系进行运动学分析,通过混合现实环境实现与机器人的手势交互。对本文提出的基于SVD改进的ICP算法与手势交互的坐标转换方法进行实验验证。首先采取在患者硅胶假人表面粘贴标记物的方法,对比ICP算法与基于SVD改进的ICP算法三维注册的平均误差,通过实验数据对比最终得到基于SVD改进的ICP算法可以是三维注册精度提高的结论。随后搭建前列腺粒子植入机器人的手势交互实验平台,对本文提出手势交互的坐标转换方法进行验证,通过对目标靶纸上的目标靶点的重复多次实验取平均误差,并对误差进行分析,机选粒子植入误差,认为满足手术需求。
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