（節(jié)選）外文翻譯--基于gpu的三維超聲手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)光學(xué)定位追蹤的定位誤差評(píng)估（譯文）

1、中文 中文 5200 字出處： 出處：Sato I, Nakamura R. Positioning error evaluation of GPU-based 3D ultrasound surgical navigation system for moving targets by using optical tracking system.[J]. International Journal of Computer Assiste

2、d Radiology & Surgery, 2013, 8(3):379-93.基于 基于 GPU GPU 的三維超聲手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)光學(xué)定位追蹤 的三維超聲手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)光學(xué)定位追蹤的定位誤差評(píng)估 的定位誤差評(píng)估Positioning error evaluation of GPU-based 3D ultrasound surgical navigation system for moving targets by using

3、optical tracking system 學(xué) 部（院）：電子信息與電氣工程學(xué)部 專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 完 成 日 期： 2015 年 3 月 20 日 基于 GPU 的三維超聲手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)光學(xué)定位追

4、蹤的定位誤差評(píng)估–2–統(tǒng)中實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確的獲得。然而，在之前提到的導(dǎo)航系統(tǒng)研究中，超聲診斷系統(tǒng)在獲取 體數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生時(shí)延。因此，為了更準(zhǔn)確的跟蹤內(nèi)臟器官，導(dǎo)航系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)的 從超聲診斷系統(tǒng)中獲取大量數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問題，我們?cè)谔岢隽艘粋€(gè)適用于胎兒手術(shù)的基于三維超聲圖像的手術(shù) 導(dǎo)航系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，超聲圖像體數(shù)據(jù)能夠近乎實(shí)時(shí)從超聲系統(tǒng)的低壓差分接口 （LVDS）得到，之后通過系統(tǒng) CPU 計(jì)算和使用得到的大量數(shù)據(jù)和橫截面圖像。然而，

5、這個(gè)系統(tǒng)獲取圖像的運(yùn)行時(shí)間不夠快速。因此系統(tǒng)需要一個(gè)更杰出的算法來計(jì)算數(shù)據(jù) 因?yàn)楂@取體數(shù)據(jù)即使是高速三維超聲及其都是很艱難的。此前，大量的研究通過基于 GPU 來提高數(shù)據(jù)的處理的速度。鑒于這些成果，這種基于 GPU 的三維超聲手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng) 應(yīng)該是可以實(shí)現(xiàn)的。此外評(píng)估治療效率和定位誤差也是極其重要的。盡管大量的研究致力于實(shí)時(shí)跟蹤腹腔內(nèi)部器官的手術(shù)導(dǎo)航，但是迄今為止仍沒有研 究表明超聲系統(tǒng)跟蹤移動(dòng)目標(biāo)時(shí)采集時(shí)間，標(biāo)定誤差及定位誤差產(chǎn)生的影響

6、。手術(shù)人 員應(yīng)用三維超聲導(dǎo)航得到的術(shù)中影像信息來獲取手術(shù)中移動(dòng)，形變的手術(shù)器械和內(nèi)臟 器官的位置。因此，一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該能顯示出跟蹤移動(dòng)目標(biāo)時(shí)的誤差從而使手術(shù)人 員能夠考慮到這些誤差再進(jìn)行定位。手術(shù)導(dǎo)航的定位誤差主要是由于標(biāo)定誤差，時(shí) 延，以及移動(dòng)目標(biāo)（器官由于手術(shù)方法，呼吸引起的變化）的速率引起的。造成時(shí)延 的主要因素為圖像處理時(shí)間及從超聲跟蹤系統(tǒng)獲取影響信息。由于圖像處理和獲取體數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)延，對(duì)三維超聲系統(tǒng)的評(píng)估是很困難的。即使

7、是高速三維超聲診斷系統(tǒng)，獲取大量的數(shù)據(jù)也是極為耗時(shí)的。此外對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖 像處理也是極為耗時(shí)的。此外，導(dǎo)航系統(tǒng)由于三維追蹤系統(tǒng)的定位和標(biāo)定錯(cuò)誤總會(huì)產(chǎn) 生定位誤差。結(jié)果就會(huì)造成實(shí)際與導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)的定位產(chǎn)生差異，因?yàn)闀r(shí)延和器官由 于呼吸和手術(shù)方法產(chǎn)生的形變。因此，由于圖像處理的時(shí)延和獲取體數(shù)據(jù)時(shí)的低速 率，必定會(huì)產(chǎn)生不確定的定位誤差。我們需要一個(gè)方法用來評(píng)估三維超聲導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定誤差，因?yàn)閷?duì)于胎兒手術(shù)，內(nèi) 臟手術(shù)，WAFLES 手術(shù)的導(dǎo)航

8、系統(tǒng)必須呈現(xiàn)出這個(gè)定位誤差。由于近實(shí)時(shí)的三維超聲導(dǎo) 航的建立已經(jīng)近乎標(biāo)準(zhǔn)化了，因此對(duì)與定位誤差的顯示是極其重要的。此外，對(duì)移動(dòng) 目標(biāo)定位僅有低處理速度的導(dǎo)航系統(tǒng)其定位誤差是沒用的，因?yàn)檫@個(gè)定位誤差主要都 是由于時(shí)延引起的。因此，為了在超聲手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)獲得更好的引導(dǎo)和對(duì)定位誤差的 評(píng)定，高處理速度的三維超聲診斷系統(tǒng)是必須的。這篇文章的目的就是闡述了我們提出的一種對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)定位誤差的評(píng)估 方法及一種基于 GPU 的三維超聲導(dǎo)航系統(tǒng)

9、在內(nèi)臟器官手術(shù)，胎兒手術(shù)，WAFLES 手術(shù)中 能夠更快的進(jìn)行圖像的可視化。此外，我們用系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)由于時(shí)延和處理速率產(chǎn) 生的定位準(zhǔn)確率對(duì)已有的幾種系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估， 基于 GPU 的三維超聲導(dǎo)航系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)，使導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤目的內(nèi)部器官（例如，腹部器官， wafles， 胎兒外科），我們研發(fā)了一種基于 GPU 的三維超聲導(dǎo)航系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過三維超聲 診斷系統(tǒng)獲取的大量圖像信息及光學(xué)追蹤系統(tǒng)得到的三維坐標(biāo)來進(jìn)行手術(shù)器械的