（节选）外文翻译--基于GPU的三维超声手术导航系统光学定位追踪的定位误差评估（译文）

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1、 中文 5200 字 出处： 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 Assisted Radiology & Surgery, 2013, 8(3):379-93. 基于 GPU的三维超声手术导航系统光学定位追踪的定位误差评估 Positioning e

2、rror evaluation of GPU-based 3D ultrasound surgical navigation system for moving targets by using optical tracking system 学 部 （ 院 ）： 电子信息与电气工程学部 专 业： 生物医学工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2015 年 3 月 20 日 基于 GPU的三维超声手 术导航系统光学定位追踪的定位误差评估 1 基于 GPU的三维超声手术导航系统光学定位追踪的定位误差评估Ikuma Sato Ryoichi Nakamura 摘要：

3、 目的 :一个近实时的三维超声导航已经发展到可以指导手术者进行手术包括对内脏器官的移动和改变。在实际的应用中发现，由于系统的时延问题，手术导航的定位会出现明显的误差。因此系统对于移动目标的定位误差需要 进行评估。 方法 :我们提出了一种方法用来评估基于图像处理单元的三维超声手术导航（含有光学追踪系统）定位移动目标时产生的定位误差。该系统的性能通过以下几方面进行评估，包括图像处理时间，目标标记误差（ TRE），以及对于移动目标的定位误差 .定位误差评估的是一个速度为 5-25mm/s 的虚拟物（附有光学追踪标记物），追踪目标位于虚拟物的中心点上。图像数据量的范围被设定为超声诊断系统的最大角度和范

4、围（更新频率：4Hz）。 结果：图像处理时间为 27.43 4.80ms,TRE 为 1.50 0.28m，对于移动速度为 10mm/s的目标其定位误差为 4.24 0.12ms，对于移动速度为 15mm/s 的目标其定位误差为 5.36 0.10ms。 结论：通过移动目标的定位误差分析可以于超声导航系统的有效性进行有效的评估。这个导航系统对移动目标的定位具有高处理速度和准确率。因此他适用于指导腹腔内部器官移动和改变的手术（如胎儿）。 关键词 ： 手术导航，超声，图像指导， CUDA,GPU 简介 ： 手 术导航已经被应用到颅神经手术，头部和颈部手术，耳喉咽鼻科，骨科等领域。 一个流行的原因是

5、因为手术导航系统使手术具有高准确率和安全性。这些手术 导航通过术前准备的医学影像引导手术器械的位置。最近，术中医学影像数据开始被使用从而使手术导航能够解决手术期间由于移动和形变产生的问题 (例如内脏，血管，肿瘤 )。通过X 射线，超声图像和 MR，导航系统能够实时得到术间的医学影像信息。 由于能够以高速度和低成本在手术中获取图像，研究中大量的手术导航系统和方法都是基于超声获得图像。这些研究中说明对于器官的手术导航能够很有效的实现。在某一个系统中，超声探头高速旋转，三维超声图像通过二维超声图像重建。一个基于三维超声的手术导航系统已经被应用到对肝脏恶性肿瘤的射频热消融（ RFA）。一个利用术中二维

6、超声影像和高分辨率体数据的系统通过术前成像来指导术中二维和三维图像的成像。另一个系统通过探头扫描得到术中影像从而引导进行了腹部开放性肝切除手术。光学和磁学追踪系统在内窥镜下建立肝脏的 3D 模型时计算会很缓慢，在这里模型是通过靠近病变部位的探头得到的二维影像进行三维重建。最后， Igarashi 提出了充满水的内窥镜手术（ WAFLES），通过腹腔内填充溶液从而通过表皮采集内部器官在内窥镜下的超声图像。通过调整导航系统适应 WAFLLES 方法，三维超声图像能够在系统中实时并准确基于 GPU的三维超声手 术导航系统光学定位追踪的定位误差评估 2 的 获得。然而，在之 前提到的导航系统研究中，超声诊断系统在获取体数据时会产生时延。因此，为了更准确的跟踪内脏器官，导航系统必须能够实时的从超声诊断