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胸腔穿刺手术机器人的光学配准方法研究

胸腔穿刺手术机器人的光学配准方法研究

作者：李卓清华大学

学位级别：硕士

肺癌无论是在中国还是在世界,都是癌症的第一大杀手。当前CT引导下的经皮胸腔穿刺活检手术是一种重要的诊断方式,该手术目前主要依靠医生徒手进行下针操作,之后再由医学影像进行确认。手术精度低,风险高。导致该手术时间长,容易引起并... 详细信息

肺癌无论是在中国还是在世界,都是癌症的第一大杀手。当前CT引导下的经皮胸腔穿刺活检手术是一种重要的诊断方式,该手术目前主要依靠医生徒手进行下针操作,之后再由医学影像进行确认。手术精度低,风险高。导致该手术时间长,容易引起并发症。为了解决上述问题,手术机器人辅助下针技术已经有了多年的研究,其关键技术是解决机器人、穿刺器械、医学影像设备、外部测量设备等多系统间的高精度配准问题,以保证穿刺手术针的位置精度和姿态精度。多系统间的配准的难点在于:1、配准方法精度高且容易实现。2、如何避免机械臂的动态误差对手术针精度的影响。3、方便快捷地验证提出的配准算法的准确性和鲁棒性。针对上述难点1,本课题提出了一种基于红外双目设备的高精度手术机器人配准方法,能够准确计算手术针、CT、机械臂、标记物和红外双目设备之间的多系统变换关系,无需医生手动干预。在术前,手术针的配准上,提出了利用CT图像匹配手术针和标记物的方法。同时提出了一种三步配准法求解机械臂、标记物、红外双目设备之间的关系,其中包括:1、估计机械臂和红外双目设备之间的旋转关系;2、反馈平移运动将标记物在光学定位设备的引导下移动到指定位置;3、通过多个机械臂姿态计算出标记物和机械臂之间的精确关系。针对上述难点2,在术中,本课题提出了一种机械臂的反馈控制方法,能够在不需要校准机械臂参数的情况下,准确控制机械臂将手术针以指定姿态摆放到指定位置,避免了机械臂动态误差带来的干扰。针对难点3,我们设计了一种验证工具,精确测量手术针摆放的位置精度和姿态精度,避免了使用医学影像以产生辐射的方式进行验证。该装置通过多层板多孔径的方式模拟穿刺手术,手术针穿过的层数越多,证明手术针摆放的位置精度和姿态精度越精确。大量实验证明,本课题提出的配准方法,能够实现摆放手术针的位置精度小于0.4mm,姿态误差小于0.1°,从而理论上能够实现在150mm的穿刺距离下,扎中1mm的肿瘤,满足当前胸腔经皮穿刺手术的要求。此外,还设计了一种呼吸运动模拟装置,能够模拟人在自由呼吸时所带来的人体胸腔的扩张运动以及胸腔内肿瘤的运动,为后续在自由呼吸情况下的穿刺工作奠定基础。

关键词：手术机器人穿刺配准方法位置姿态

增强现实头戴式显示设备中交互方法的可用性与接受度研究

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增强现实头戴式显示设备中交互方法的可用性与接受度研究

作者：许家豪（Robert Khau）清华大学

学位级别：硕士

增强现实(Augmented Reality,AR)在许多领域引起了大众的关注。AR技术在使用上有新的交互方式、可能性,以及更少的约束,使得AR的设计与2D显示平台(例如计算机和智能手机)有着不同的使用要求。关注AR交互可用性与用户接受度的研究非常有... 详细信息

增强现实(Augmented Reality,AR)在许多领域引起了大众的关注。AR技术在使用上有新的交互方式、可能性,以及更少的约束,使得AR的设计与2D显示平台(例如计算机和智能手机)有着不同的使用要求。关注AR交互可用性与用户接受度的研究非常有限。本研究在AR头戴式显示器上探究了如何通过AR技术提升用户体验。为了探究AR技术的一般设计指南,本研究开发了一款创造性游戏原型。游戏旨在让用户在真实与虚拟世界的交互中,通过一些基本的形状来创建事物。本研究招募了40位研究生被试,实验研究了他们在使用AR头戴式显示器(微软Hololens)进行网页搜索,迷你游戏和创造性游戏原型任务时的行为。研究发现:用户对与AR交互的接受程度不高,当前的交互手势仍比较原始,有待改进。70%的被试在选择虚拟目标时遇到了问题,63%的被试在网页搜索中感到生理疲惫。当虚拟的事物展现得像真实事物时,被试也给予了正面反馈。用户会本能地运用其他智能平台(如电脑、智能手机)上已经存在的手势,如果AR系统可以识别这些手势,并考虑用户身体的生理限制,避免生理疲劳及难做的手势动作,用户能够更加快速地适应AR。基于本研究的发现,我们建议,要让用户始终保持对情境有清楚意识,不能失去控制感:例如在被试在与系统交互时,提供听觉与视觉反馈。用户喜欢AR的易用性与娱乐性,不喜欢AR中低下的工作效率。总之,本研究发现当前的AR交互系统的用户体验并不理想,并提出了改进建议。

关键词：增强现实头戴式显示器设计指南科技接受度可用性

深圳市大气细颗粒物污染控制措施的成本效益分析

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深圳市大气细颗粒物污染控制措施的成本效益分析

作者：张泽宸清华大学

学位级别：硕士

深圳市空气质量在国内大中城市中属于较好水平,但目前大气细颗粒物(PM)年均浓度还是世界卫生组织(WHO)推荐的空气质量指导值(10μg/m)的3倍,因此深圳市的空气质量管理工作仍任重道远。开展深圳市大气污染防治成本效益分析研究,对于制定... 详细信息

深圳市空气质量在国内大中城市中属于较好水平,但目前大气细颗粒物(PM)年均浓度还是世界卫生组织(WHO)推荐的空气质量指导值(10μg/m)的3倍,因此深圳市的空气质量管理工作仍任重道远。开展深圳市大气污染防治成本效益分析研究,对于制定科学有效的大气污染防治政策具有重要意义。本研究在总结目前大气污染控制成本评价模型基础上,归纳了各类大气污染控制成本计算方法,结合线性规划与动态规划,自主开发了大气污染控制成本分析模型(TAPCC),将能源技术与末端控制技术的成本计算与优化相结合,为大气污染控制措施的成本分析提供了新的工具。通过实地调研与文献总结,建立了多部门多污染物的大气污染控制成本数据库,在此基础上对“深圳市2016-2020大气污染防治重点措施”进行了成本分析,并对各污染物减排量进行了评估。之后通过CMAQ模型模拟与SMAT-CE模型修正,设置多个情景,评估了各项重点措施对2020年大气PM浓度的改善效果以及不同情景下的空气质量,进而根据暴露-反应关系方程,采用多种评价标准估算其相应的人群健康效益,从而得到“重点措施”的费用效益比。研究表明,深圳市“重点措施”年均投入约为36.8亿元人民币,其中交通部门投入19.5亿元,工业部门投入5.8亿元,VOCs减排投入11.5亿元。“重点措施”实施后,预计2020年CO减排52558 t/年,VOCs减排58694 t/年,NO减排18272 t/年,PM减排3361 t/年,SO减排7587 t/年。CMAQ模拟结果表明,深圳市2020年PM平均浓度为27.6μg/m,未达到25μg/m世界卫生组织第二阶段目标值,在两种不同的暴露反应关系下,2020年健康效益为47.6亿元/年和119.7亿元/年,效益成本比为1.30和3.23,效益均大于成本。研究发现,一次PM排放对深圳市PM浓度影响较大,其中交通源为重点来源之一。此外,周边城市排放对深圳市空气质量影响较大,2014年深圳零排放情景下(27.0μg/m)仍不能达到25μg/m的空气质量目标。未来深圳市应进一步加强本市交通部门和VOCs排放控制,并强化珠江三角洲区域联防联控。

关键词： PM2.5 成本分析模型 CMAQ/2D-VBS SMAT-CE 健康效益分析

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论美国刑法中的犯罪未遂

论美国刑法中的犯罪未遂

作者：罗松杰清华大学

学位级别：硕士

犯罪未遂,一直是世界各国刑法基础理论中的重要组成部分。不同于常见的比较法视野,本文在美国刑法的语境之下,以“实行的着手”和“不能犯的可罚性”这两大犯罪未遂领域的核心问题作为切入点,通过全面系统地梳理和评析“判断行为人是否... 详细信息

犯罪未遂,一直是世界各国刑法基础理论中的重要组成部分。不同于常见的比较法视野,本文在美国刑法的语境之下,以“实行的着手”和“不能犯的可罚性”这两大犯罪未遂领域的核心问题作为切入点,通过全面系统地梳理和评析“判断行为人是否‘着手’的诸多标准”以及“关于‘不能犯’是否可罚的诸多原理”,并结合相关经典案例,论述美国刑法中的犯罪未遂理论,并阐述该理论背后所集中体现的主观不法与客观不法之争,进而揭示当前美国刑法中的犯罪未遂理论在不法论层面所持有的立场。研究发现,美国刑法在犯罪未遂领域的不法论层面上,固然具有强烈的主观主义倾向,但仍然糅合了客观主义和主观主义的诸多观点。最后,本文探讨这种倾向给予我国刑法中不法论的启示,以期有益于我国犯罪未遂理论的进一步研究和发展。

关键词：犯罪未遂着手不能犯主观不法客观不法

自发性空间实践研究 ——以798地区转型为例

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自发性空间实践研究 ——以798地区转...

作者：戎筱清华大学

学位级别：硕士

随着工业布局和产业结构的发展，我国大型城市中工业空间面临转型，而正在兴起的文化创意产业使文化空间成为工业空间可能的转型方向。在798和上海新天地之后，工业—文化空间转型在各地逐步展开，但效果不尽相同。不同于798由艺术家和... 详细信息

随着工业布局和产业结构的发展，我国大型城市中工业空间面临转型，而正在兴起的文化创意产业使文化空间成为工业空间可能的转型方向。在798和上海新天地之后，工业—文化空间转型在各地逐步展开，但效果不尽相同。不同于798由艺术家和艺术机构主导的空间实践，后续推行的工业—文化空间转型大多为政府主导的大规模开发。在这样的背景下，本文选取798地区的空间转型为案例，旨在研究工业—文化空间转型中的自发性空间实践，以期为后续推行的空间转型提供借鉴和经验。研究借鉴了列斐伏尔的空间生产理论，将其空间辩证法用于分析798的空间转型过程;在分析中注重考量空间实践与经济基础（生产关系）的作用。研究主要从运用空间辩证法考量798空间转型入手，通过生产关系、实践主体及实践内容分出不同的时期和阶段。在此基础上提出自发性空间实践，即由艺术家和艺术机构主导，基于自身的生产关系开展的空间实践，实践旨在突破原有的工业空间，使其服务于新的生产关系（艺术创作、艺术展陈等）。通过798的案例考量这种空间实践并总结出基本特征，并通过对其产生与消解的分析总结这种实践开展的条件及经验。最后给工业—文化空间转型提出建议，并对空间生产理论及其运用提出补充。自发性空间实践基于使用需求和新的功能，结合具体情况，开展了丰富的物质空间实践，与工业空间形成新与旧、个人与整体的对话。另外还通过间接空间实践对空间转型起到了积极的作用。但是自发性空间实践的开展需要有当代艺术市场的蓬勃发展及房地产市场的相对稳定做保障，在现实中并不稳定，需要管理方提供保护。因而，自发性空间实践在工业—文化空间转型中可以与自上而下的开发改造形成有益补充，前者主要负责内部空间与立面的改造，而后者主要开展规划布局、基础设施、外部空间改造等实践;另外，规划方通过租赁等引入自发性空间主体后需要通过经济杠杆的调控和管理机制的运作保证自发性空间实践的开展和方向。

关键词：工业空间转型空间生产理论 798艺术区自发性空间实践

泰山世界遗产地摩崖石刻及其环境整体性保护与展示研究

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泰山世界遗产地摩崖石刻及其环境整体性保护与展示研究

作者：张碧坤清华大学

学位级别：硕士

历史悠久的中国拥有众多的文化遗产资源,但是我国现有的文化遗产保护工作大多依托于文物保护体系,过度强调文化遗产本体的价值,忽视了本体和其环境的整体性。因此,整合和重构中国文化遗产保护体系,迫切地需要相关理论研究和规划实践。... 详细信息

历史悠久的中国拥有众多的文化遗产资源,但是我国现有的文化遗产保护工作大多依托于文物保护体系,过度强调文化遗产本体的价值,忽视了本体和其环境的整体性。因此,整合和重构中国文化遗产保护体系,迫切地需要相关理论研究和规划实践。泰山作为中国世界遗产地的杰出代表,拥有种类丰富、数量可观的文化遗产资源。泰山摩崖石刻作为自然美景和人文景观有机融合的载体,是其文化遗产中不可或缺的一部分。然而,泰山摩崖石刻的保护工作过度关注本体,忽视了本体与其环境的关系,展示手段也较为落后。因此,研究“泰山摩崖石刻及其环境的整体性保护和展示”十分必要。本文以泰山721个摩崖石刻单体为研究对象,对其年代分布、书体类型、记录内容、空间分布等特征进行分析,总结出泰山摩崖石刻具有悠久的历史价值、丰富的文化价值和独特的景观价值。同时,泰山摩崖石刻是泰山文化遗产突出普遍价值的重要载体。然后依据摩崖石刻本体和环境的关系,归纳出两种类型:一是以摩崖石刻为主体,环境能够烘托石刻创作内涵的“本体类摩崖石刻”;一是通过摩崖文字来传达周边自然美景的氛围与意境的“点景类摩崖石刻”。接着,对泰山摩崖石刻的保护、展示、管理现状进行分析而总结出关键问题,借助对建筑、历史街区等其他文化遗产类型的环境保护研究成果,从基本理念、价值识别、分类保护、合理展示这四个方面制定了保护与展示的原则。最后,提出泰山摩崖石刻及其环境整体性保护与展示的建议。“建议”分别从石刻本体保护、石刻及其环境整体保护、石刻本体展示、石刻及其环境综合展示、解说教育等角度来论述,并强调了本体类摩崖石刻和点景类摩崖石刻各自的保护、展示重点。文章的后半部分以案例的形式,说明“泰山摩崖石刻及其环境的整体性保护与展示”应该如何研究并实施。笔者选取了两处本体类摩崖石刻(以宗教为主题的经石峪摩崖石刻,以封禅文化为主题的大观峰摩崖石刻),以及一处点景类摩崖石刻(以周边自然美景为胜的云步桥处摩崖石刻)。分别对三处摩崖石刻进行了特征分析、价值识别、全面评估、现状分析,利用本文第三章研究出的建议框架,因地制宜地提出各自的保护、展示建议。

关键词：文化遗产泰山世界遗产地摩崖石刻与环境整体性保护与展示

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有先验知识的网页重要性排序

有先验知识的网页重要性排序

作者：沈国阳清华大学

学位级别：硕士

互联网已经成为人们获取信息的重要途径，而搜索引擎为人们在浩如烟海的互联网世界中寻找自己想要的信息提供了一个有力的工具。然而，一方面，互联网上的信息发布、更新并不规范，存在大量的过时信息，冗余信息;另一方面，由于经济利... 详细信息

互联网已经成为人们获取信息的重要途径，而搜索引擎为人们在浩如烟海的互联网世界中寻找自己想要的信息提供了一个有力的工具。然而，一方面，互联网上的信息发布、更新并不规范，存在大量的过时信息，冗余信息;另一方面，由于经济利益的驱使，一些组织和个人开始试图操纵搜索引擎的检索结果排名。这两方面的原因使搜索引擎在为用户提供良好搜索体验上遇到困难。而人为操纵搜索引擎检索结果排名的做法对搜索引擎来说危害更大，这种手段被称作网页欺诈。搜索引擎的检索结果排序是相关性排序和重要性排序两方面的有机结合，针对重要性排序的网页欺诈较多且更难对付。为了有效检测网页欺诈，并且更准确地提供搜索引擎检索结果的重要性排序，我们提出了有先验知识的网页重要性排序系统。在我们提出的网页重要性排序系统中，我们首先要进行网页欺诈检测。已有的网页欺诈检测算法只能检测一部分网页欺诈方式，一旦网页欺诈实施者改变方式，这些欺诈检测算法就失效了。为了避免这种情况，我们提出了利用时域上的信息来检测网页欺诈，这是因为，无论网页欺诈实施者使用什么方式进行网页欺诈，它们在时间上的变化和普通网页是不一样的，并且是为搜索引擎所掌握的。我们在时域上提取了若干有效的特征，并进行组合，采用Boosting分类器对网页进行分类。实验证明，我们的网页欺诈检测系统是有效的。网页重要性排序系统中，另一核心内容即有先验知识的网页重要性排序算法。这是一种改进的PageRank算法。其利用的先验知识由网页欺诈检测系统以及一些简单的技术得到。由于搜索引擎所索引的网页并不是互联网上的全部网页，而是有偏向性的部分网页，因此搜索引擎得到的网页链接图不是真实的，而这又导致PageRank算法所得到的网页重要性排序不能反映真实情况。我们利用先验知识来调整网页链接图以得到接近真实的网页重要性排序。该算法以先验知识为约束条件，最小化对网页链接图的调整。理论推导表明我们的做法是合理的。初步的仿真实验也表明，我们的有先验知识的网页重要性排序算法是有效的。

关键词：搜索引擎网页欺诈检测 PageRank算法网页重要性排序