【摘 要】
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在混合现实远程临床治疗或手术过程中,远程指导端在病患器官三维重建的虚拟模型上对手术部位进行标注完成对本地端的手术指导。本地端医生通过头戴式透镜将重建的器官模型和
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在混合现实远程临床治疗或手术过程中,远程指导端在病患器官三维重建的虚拟模型上对手术部位进行标注完成对本地端的手术指导。本地端医生通过头戴式透镜将重建的器官模型和标注信息在现实手术场景中手动注册配准显示。然而,远程指导端只对病患的器官进行了三维重建,导致远程指导端对于手术协助的真实沉浸感不强,指导的标注信息切入方位与现实手术场景不符。另外,本地端对于虚拟模型的注册使用手动配准的方式,所以混合现实设备佩戴人的操作极大地影响了注册的效果,使得注册精确度无法得到有效保证。针对于目前混合现实手术远程协助中存在的问题,本文结合远程指导端的手术场景三维重建以及本地端虚拟模型的三维注册,提出了一种面向手术远程协助的混合现实注册技术,具体研究内容包括:第一,为提高手术远程协助本地端注册中的图像匹配精确度,对ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)图像匹配算法提出了改进。首先,使用SURF(Speed Up Robust Feature)算法进行特征点检测,获取分布较为均匀的特征点。然后,在RANSAC算法剔除误匹配前,利用Canny算法去除特征点邻域边缘点个数差异较大的点对,以此降低匹配时延,提高匹配精确度。第二,为增强手术远程协助远程指导端专家对于手术协助指导的真实沉浸感,对手术场景进行了表面三维重建。采用基于多视角图像三维重建的方法,首先使用SFM(Structure From Motion)算法和PMVS(Patch based Multi-view Stereo)算法对手术场景进行稠密点云重建。然后对稠密点云进行分析,采用基于最小二乘法进行点云增强优化,弥补重建过程中产生的孔洞和误差。最后对增强优化后的稠密点云进行泊松重建和纹理映射,得到手术场景的三维表面模型。第三,在上述研究基础上,提出了一种面向手术远程协助的混合现实注册技术方法。远程指导端根据重建的手术场景模型设定虚拟手术器械模型的显示位置。本地端将手术场景的稀疏点云作为匹配的先验信息,利用实时拍摄的手术场景图像匹配找到点云中对应的关键图像,根据相机位姿实现虚拟手术器械模型的注册。
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