微创手术仿真是计算机图形学、数字图像处理、机器视觉等工科技术在外科学中的应用。本书整个系统架构可分为视觉渲染、人机交互和生物力学仿真三层。视觉渲染层涉及医学图像处理与分析相关的算法和原理，包括医学图像分割、医学图像配准、医学图像的三维可视化等；人机交互层涉及机器视觉相关的算法和原理，包括近红外光学定位与跟踪、内窥镜位置和姿态的估计、混合现实头盔显示器的显示与标定等；生物力学仿真层涉及计算机图形学相关的算法和原理，包括碰撞检测、生物力学仿真与建模等。
本书可供从事微创手术仿真研究的读者学习参考，也可供从事医学图像处理与分析、医学图像的可视化、近红外光学定位手术引导等相关工作的读者阅读。

第1章 绪论
第2章 医学图像分割
2.1 基于区域的图像分割方法
2.1.1 阈值分割算法
2.1.2 区域生长和分裂合并
2.1.3 分水岭算法
2.2 基于边缘的图像分割方法
2.2.1 并行微分算子
2.2.2 串行边界查找法
2.2.3 基于曲面拟合法
2.2.4 基于能量最小化的图像分割方法
2.3 图割算法
2.4 其他图像分割方法
2.4.1 基于海森矩阵的管状图像分割方法
2.4.2 基于马尔可夫随机场的图像分割算法
2.4.3 基于卷积神经网络的医学图像分割算法
第3章 医学图像配准
3.1 医学图像配准分类
3.1.1 按照图像模式分类
3.1.2 按照图像特征分类
3.1.3 按照待配准结构分类
3.1.4 基于第三方模态配准方法
3.2 医学图像配准原则及典型配准方法
3.2.1 典型配准方法简介
3.2.2 空间几何交换
3.3 优化方法
3.3.1 Levenberg-Marquardt算法
3.3.2 Powell算法
3.3.3 模拟退火算法
3.4 相似性测度分类及评估
3.4.1 主观评价
3.4.2 客观评价
3.4.3 测度函数性质分析
3.4.4 改进测度函数的构建
3.4.5 测度函数合理性分析
3.5 相似性测度函数改进
3.5.1 测度函数与结构描述符集的实验结果
3.5.2 基于量化不确定性的结构描述符集
3.5.3 改变Patch尺寸的抗旋转实验
3.5.4 压缩有效位深的抗旋转实验
3.5.5 基于Brain Web脑部图像的配准实验
3.5.6 抗平移实验
3.5.7 分组配准误差实验
3.6 腹腔镜配准实例
3.6.1 特征对的提取，筛选及匹配
3.6.2 实验结果与分析
第4章 医学图像三维可视化
4.1 面绘制
4.2 多平面重建
4.3 体绘制
4.3.1 光线跟踪算法
4.3.2 最大密度投影
4.3.3 足迹法
4.3.4 剪切-曲变法
4.3.5 3D纹理映射
4.3.6 快速傅里叶变换法
4.3.7 小波变换法
4.4 基于GPU加速的体绘制方法
4.4.1 并行绘制体系结构
4.4.2 负载均衡
4.4.3 基于sort-first架构的光线跟踪算法
第5章 近红外光学定位及跟踪技术
5.1 近红外光学定位基本理论
5.1.1 引言
5.1.2 近红外光学定位系统构成与设计
5.1.3 双目视觉定位技术
5.1.4 双目摄像机标定实验
5.2 标志点投影提取方法
5.2.1 传统方法概述
5.2.2 基于边缘特征的标志点投影提取方法
5.2.3 实验结果与分析
5.3 多器械跟踪方法研究
5.3.1 引言
5.3.2 传统方法概述
5.3.3 基于点集匹配的多器械识别方法
5.3.4 基于最小二乘预测的标志点跟踪方法
5.3.5 手术器械工作点跟踪
5.3.6 实验结果与分析
5.4 近红外光学定位系统性能测试
5.4.1 评估方法
5.4.2 实验结果与分析
第6章 内窥镜位置和姿态估计
6.1 基于跟踪系统的内窥镜位置和姿态估计
6.1.1 方法概述
6.1.2 对偶四元数与空间变换
6.1.3 基于对偶四元数的手眼标定
6.1.4 改进的手眼标定方法
6.1.5 实验结果及分析
6.2 基于图像的内窥镜位置和姿态估计
6.2.1 方法概述
6.2.2 对极几何
6.2.3 基于图像的内窥镜运动跟踪
6.2.4 实验结果及分析
第7章 混合现实头盔显示器注册标定
7.1 系统框架
7.1.1 系统框架概述
7.2 HoloLens前置相机在动捕系统中的标定
7.2.1 标定过程简述
7.2.2 运动样本的选取规则
7.3 混合现实显示
7.4 体绘制构建虚拟模型和坐标定义
7.4.1 模型构建
7.4.2 模型坐标系定义
7.5 真实场景中的点坐标变换与标记点的选择
7.5.1 真实脊柱模型上的标记点选择
7.5.2 标记点的坐标变换
7.6 虚实模型注册方法
7.6.1 算法概述
7.6.2 算法推导
第8章 碰撞检测
8.1 碰撞检测算法概述
8.1.1 碰撞检测过程
8.1.2 碰撞检测分类
8.2 层次包围盒算法
8.2.1 层次包围盒类型
8.2.2 层次包围盒树的构造
8.2.3 层次包围盒树的遍历
8.3 并行计算技术
8.3.1 常见并行计算技术
8.3.2 MPI
8.4 基于OBB的分段并行碰撞检测算法
第9章 生物力学仿真与建模
9.1 弹性力学基础
9.1.1 应力
9.1.2 应变
9.2 人体软组织结构及力学特性
9.3 软组织非物理建模基本原理及方法
9.4 软组织物理建模基本原理及方法
9.4.1 质点弹簧模型
9.4.2 有限元模型
9.4.3 模型优缺点对比及选择
9.5 基于质点弹簧的虚拟应力层模型
9.5.1 虚拟应力层模型的概念及特点
9.5.2 虚拟应力层模型的构建
9.5.3 模型的受力分析
9.5.4 运动方程的数值求解
9.6 触觉交五仿真技术
9.6.1 力反馈设备
9.6.2 虚拟力觉原理
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