《超声引导机器人系统实时影像处理与导航定位技术》以计算机辅助手术系统（ Medical Roboties&Computer Assisted Surgery，MRCAS）为基础，介绍了建立一套实时、高效、安全、可靠的计算机与机器人自动化手术导航控制系统的理论与方法。书中内容主要包括两个方面：计算机影像系统和手术导航定位系统，是MRCAS得以实现的两个关键科学技术问题。其中计算机影像系统方面，介绍了超声图像肿瘤区域定位跟踪及肿瘤自动分割的理论与方法；手术导航定位系统方面主要介绍了超声图像的三维定位与医学手术机器人导航定位的实现机理与方法。
　　书中关键科学技术的研究工作得到了“国家自然科学基金”与“北京市科委重大项目”的支持，为后续“国家自然科学基金”支持的工业超声三维可视化的研究工作奠定了基础。
　　《超声引导机器人系统实时影像处理与导航定位技术》旨在与从事计算机辅助三维超声技术研究的工作人员们讨论学习，交流互助。

　　1．1．1．2  医用机器人的发展与应用
　　机器人技术是伴随着计算机技术、信息技术、自动化技术等现代科技而出现的，对人类的生产生活、科学科技产生着重大的影响。从第一台工业机器人诞生，人类的生产模式悄然发生改变，从20世纪中期至今的时间里，机器人技术已从传统的工业和制造业不断的向电子技术领域、传感器技术领域、医学影像领域、现代信息处理领域等应用扩展。其中机器人技术在医疗领域20几年来的应用推动了医用机器人（Medical Robot，MR）技术的出现、发展和成熟。
　　医用机器人是一种具有人工触觉、由计算机指令控制的有源机械手，能够按照导航定位系统的指引，在预定程序控制下，对手术器械进行移动和定位来完成一定范围内的手术操作。机器人代替医生操作的优势在于：通过机械装置和定位算法机器人能够准确地定位、不受体力限制而长时间保持稳定的工作状态、工作范围在某些情况下超过医生、不受辐射与易感染的工作环境的限制。同时一些辅助感观机器人还可以使医生更好地感知手术现场，帮助医生果断迅速地作出手术方案决策，提高医生的操作能力。尤其在一些人类无法到达的手术区域，使用医用机器人是理想的手术手段。医用机器人的技术也同样经历了漫长的发展过程，从1985年第一台医用机器人问世至今，医用机器人技术作为一种跨学科、交叉领域的综合性研究已成为国际前沿的研究热点之一。医用机器人技术从生命科学与工程学理论、方法、工具的角度将传统医疗器械与信息技术、机器人技术相结合的产物，是诸多学科交叉的新型研究领域。目前，机器人技术在医疗外科手术规划模拟、微创定位操作、无损伤诊疗、新型手术治疗方法等方面得到了广泛的应用，不仅促进了传统医学的革命，也带动了新技术、新理论的发展，并形成了新的高技术产业。从世界机器人技术的发展趋势来看，用医学机器人辅助外科手术（Robot AssistedSurgery，RAS）将成为一种必然的发展趋势。目前正受到世界各国科学家、工程技术人员及医疗工作者的高度重视，其技术不断进步，应用日益广泛。
　　MR/RAS的相关研究与应用吸引了诸如美国、德国、法国、意大利、日本等国家的极大关注，并鼓励相关学术界的人员进行专门研究，投入了大量的人力、财力和物力支持，该项技术已成为近年来国际学术界的热点研究问题。西方七国首脑会议也将这方面的研究作为国际高级机器人研究计划中的一个发展方向。该计划的宗旨是：鼓励发展先进的机器人系统，在危险、有害或其他需要的环境中替代人的劳动，为世界经济的复苏和发展做出贡献。到1996年参加该计划的成员国发展到11个，有澳大利亚、奥地利、加拿大、法国、德国、意大利、日本、俄罗斯、西班牙、英国和美国。美国国防部已经立项，开展基于遥感操作的外科研究，用于战伤模拟、手术培训、解剖教学。欧共体也正在制定一项新的计划，其中将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展计划之一。1994年-1998年世界著名的期刊IEEESPECTRUM将计算机或机器人高技术医疗电子设备的研究列为十大技术之一。
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第1章  绪论
1.1  相关技术领域国内外发展现状
1.1.1  基于超声引导的MRCAS系统及尚待完善的关键技术
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
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
1.1.4  超声图像三维定位方法概述
1.1.5  机器人导航定位方法概述
1.2  研究目标
1.3  研究内容
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
1.3.2  超声图像三维定位技术研究
1.3.3  机器人导航定位技术研究
1.4  研究技术路线
第2章  研究平台组成与功能
2.1  硬件平台
2.1.1  机器人系统
2.1.2  超声图像采集系统
2.1.3  磁定位跟踪装置
2.1.4  计算机系统
2.1.5  微波消融针
2.2  软件平台
2.2.1  MITK
2.2.2  VTK
2.2.3  ITK
2.2.4  IGSTK
2.2.5  EDISON
2.2.6  QT
2.2.7  VC++
2.2.8  MATLAB
2.2.9  SPSS
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
3.1  引言
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
3.2.1  Mean-shift跟踪算法
3.2.2  肿瘤区域的自动定位
3.2.3  外观更新的Mean-shift跟踪算法
3.3  肿瘤区域ROI的提取
3.4  肿瘤轮廓的二阶主动轮廓自动分割
3.5  实验结果分析
3.5.1  肿瘤区域定位实验
3.5.2  肿瘤区域跟踪实验
3.5.3  肿瘤分割实验
3.6  小结
第4章  基于珠线式模板的超声图像三维定位技术研究
4.1  引言
4.2  同源点最小二乘匹配原理
4.3  基于珠线式模板的超声图像三维定位方法
4.3.1  针尖在接收器中的位置定位
4.3.2  模板设计及模板标定
4.3.3  超声探头定位及标志点成像
4.3.4  基于向量约束的图像三维定位算法
4.4  肝肿瘤模型的三维重建
4.5  实验结果分析
4.5.1  重复精度校验
4.5.2  准确度校验
4.6  小结
第5章  RCM结构机器人导航定位技术研究
5.1  引言
5.2  机器人导航定位算法
5.2.1  肝肿瘤微波消融机器人导航定位原则
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
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
5.2.4  肝肿瘤微波消融机器人系统坐标系的统一
5.3  实验结果分析
5.3.1  三维平动台定位实验
5.3.2  RCM前端定位实验
5.4  小结
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
6.1  硬件构成
6.2  软件构成
6.2.1  超声图像采集模块
6.2.2  图像处理模块
6.2.3  手术规划模块
6.2.4  定位跟踪模块
6.2.5  机器人导航控制模块
6.3  模拟实验与系统精度
6.3.1  磁定位跟踪装置高精度工作区域的确定
6.3.2  模拟实验
6.3.3  实验结果
第7章  结论
参考文献