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第1章 绪论1

1.1 相关技术领域国内外发展现状5

1.1.1 基于超声引导的MRCAS系统及尚待完善的关键技术6

1.1.2 MRCAS系统中时实图像处理技术与导航定位技术的地位作用及研究意义24

1.1.3 图像肿瘤区域实时定位跟踪与肿瘤轮廓自动分割方法概述28

1.1.4 超声图像三维定位方法概述38

1.1.5 机器人导航定位方法概述42

1.2 研究目标47

1.3 研究内容48

1.3.1 超声图像中肿瘤区域实时定位跟踪及肿瘤轮廓自动分割技术研究48

1.3.2 超声图像三维定位技术研究48

1.3.3 机器人导航定位技术研究49

1.4 研究技术路线50

第2章 研究平台组成与功能52

2.1 硬件平台52

2.1.1 机器人系统53

2.1.2 超声图像采集系统53

2.1.3 磁定位跟踪装置55

2.1.4 计算机系统57

2.1.5 微波消融针58

2.2 软件平台58

2.2.1 MITK58

2.2.2 VTK59

2.2.3 ITK60

2.2.4 IGSTK61

2.2.5 EDISON61

2.2.6 QT61

2.2.7 VC++62

2.2.8 MATLAB64

2.2.9 SPSS65

第3章 基于Mean-shift的超声图像肝肿瘤区域实时定位跟踪及肿瘤轮廓自动分割技术研究68

3.1 引言68

3.2 基于Mean-shift外观更新的肿瘤区域的自动定位与动态跟踪69

3.2.1 Mean-shift跟踪算法69

3.2.2 肿瘤区域的自动定位75

3.2.3 外观更新的Mean-shift跟踪算法78

3.3 肿瘤区域ROI的提取83

3.4 肿瘤轮廓的二阶主动轮廓自动分割83

3.5 实验结果分析86

3.5.1 肿瘤区域定位实验86

3.5.2 肿瘤区域跟踪实验86

3.5.3 肿瘤分割实验87

3.6 小结94

第4章 基于珠线式模板的超声图像三维定位技术研究95

4.1 引言95

4.2 同源点最小二乘匹配原理96

4.3 基于珠线式模板的超声图像三维定位方法97

4.3.1 针尖在接收器中的位置定位97

4.3.2 模板设计及模板标定100

4.3.3 超声探头定位及标志点成像102

4.3.4 基于向量约束的图像三维定位算法104

4.4 肝肿瘤模型的三维重建106

4.5 实验结果分析110

4.5.1 重复精度校验110

4.5.2 准确度校验112

4.6 小结114

第5章 RCM结构机器人导航定位技术研究115

5.1 引言115

5.2 机器人导航定位算法116

5.2.1 肝肿瘤微波消融机器人导航定位原则117

5.2.2 建立机器人三维平动台坐标系与磁定位坐标系的映射118

5.2.3 建立机器人RCM前端坐标系向发射器坐标系的映射关系118

5.2.4 肝肿瘤微波消融机器人系统坐标系的统一119

5.3 实验结果分析120

5.3.1 三维平动台定位实验120

5.3.2 RCM前端定位实验120

5.4 小结121

第6章 超声引导肝肿瘤微消融机器人系统构成与模拟实验123

6.1 硬件构成123

6.2 软件构成123

6.2.1 超声图像采集模块123

6.2.2 图像处理模块123

6.2.3 手术规划模块127

6.2.4 定位跟踪模块127

6.2.5 机器人导航控制模块128

6.3 模拟实验与系统精度128

6.3.1 磁定位跟踪装置高精度工作区域的确定128

6.3.2 模拟实验130

6.3.3 实验结果134

第7章 结论135

参考文献138