隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的醫(yī)療手術(shù)已進入數(shù)字化時代。以計算機輔助骨科手術(shù)（Computer Assistant Orthopedics Surgery,CAOS）為代表的數(shù)字化外科手術(shù),也進入了一個全新的發(fā)展階段。計算機輔助手術(shù)結(jié)合了醫(yī)學(xué)、計算機學(xué)以及智能控制科學(xué),近年來與之相關(guān)的研究逐漸增多。CAOS技術(shù)可以縮短醫(yī)務(wù)工作者在X射線中暴露的時長,同時提高手術(shù)精度,減小創(chuàng)傷。本文以鑫君特公司自主研發(fā)的六自由度骨科手術(shù)機械臂KM-Robot為研究平臺,圍繞骨科手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域的手術(shù)機械臂術(shù)前絕對精度標(biāo)定、術(shù)中位姿檢測以及數(shù)字重建放射影像光源位置計算和二維、三維圖像配準(zhǔn)展開深入研究,并針對研究中發(fā)現(xiàn)的問題提出了解決方案。本文主要研究內(nèi)容如下:第一,本文針對骨科手術(shù)機械臂在進行椎弓根穿刺手術(shù)時,絕對定位精度差的問題進行深入研究,提出一種基于遺傳算法的多階段標(biāo)定算法,并以此方法對手術(shù)機械臂進行了標(biāo)定以及精度修正,最后通過NDI Optotrak進行實驗,驗證了標(biāo)定后的手術(shù)機械臂的絕對定位精度。第二,本文提出一種結(jié)合ArUco標(biāo)記碼和透視n點投影（PnP）算法的機械臂位姿檢測方法,在手術(shù)導(dǎo)航的過程中... 

【文章來源】：江蘇科技大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 骨科手術(shù)導(dǎo)航的基本原理
    1.4 本文主要研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 本文創(chuàng)新點
        1.4.3 論文結(jié)構(gòu)安排
第2章 骨科手術(shù)機械臂標(biāo)定與校正
    2.1 機械臂標(biāo)定基本原理
        2.1.1 機械臂標(biāo)定原理與步驟
        2.1.2 手術(shù)機械臂KM-bot運動學(xué)參數(shù)建模
        2.1.3 機械臂前向運動學(xué)
        2.1.4 誤差參數(shù)模型
    2.2 標(biāo)定算法
        2.2.1 基于萊文貝格-馬夸特算法的機械臂標(biāo)定
        2.2.2 基于遺傳算法（genetic algorithm,GA）的機械臂標(biāo)定
        2.2.3 算法優(yōu)化
    2.3 實驗方案設(shè)計以及實驗數(shù)據(jù)獲取
        2.3.1 基于標(biāo)定板和千分尺的實驗方案設(shè)計
        2.3.2 基于NDI Optotrak Certes的實驗方案設(shè)計
    2.4 實驗結(jié)果分析與對比
        2.4.1 實驗結(jié)果分析
        2.4.2 基于角度修正的誤差補償
        2.4.3 實驗結(jié)果對比
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于ArUco算法庫的手術(shù)機械臂位姿檢測
    3.1 檢測系統(tǒng)設(shè)計
        3.1.1 系統(tǒng)構(gòu)建
        3.1.2 檢測方案設(shè)計
    3.2 視覺檢測相關(guān)理論
        3.2.1 相機標(biāo)定
        3.2.2 ArUco算法庫
        3.2.3 Perspective-n-Point算法
        3.2.4 坐標(biāo)變換
    3.3 實驗設(shè)計及結(jié)果分析
        3.3.1 實驗方案設(shè)計
        3.3.2 位姿測量結(jié)果
        3.3.3 不同PnP算法對位移測量的影響以及算法性能測試
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于相機姿態(tài)估計算法改進的數(shù)字重建放射影像
    4.1 數(shù)字重建放射影像算法基本原理
        4.1.1 光線投射以及光線追蹤算法
        4.1.2 數(shù)字重建放射影像算法
    4.2 基于ITK算法庫的DRR算法設(shè)計
        4.2.1 ITK算法庫簡介
        4.2.2 ITK算法庫的設(shè)計思想
        4.2.3 DRR算法設(shè)計
    4.3 利用特殊標(biāo)定板改進DRR算法
        4.3.1 C型臂X光機結(jié)構(gòu)與原理
        4.3.2 標(biāo)定板結(jié)構(gòu)
        4.3.3 C型臂光源位置重建計算
    4.4 本章小節(jié)
第5章 二維三維圖像配準(zhǔn)算法優(yōu)化研究
    5.1 圖像配準(zhǔn)算法相關(guān)理論
        5.1.1 圖像配準(zhǔn)技術(shù)的相關(guān)原理與數(shù)學(xué)模型
        5.1.2 圖像配準(zhǔn)方法分類
        5.1.3 配準(zhǔn)框架的基本流程
    5.2 二維三維圖像配準(zhǔn)
        5.2.1 二維三維配準(zhǔn)框架
        5.2.2 互信息測度基本理論
        5.2.3 基于互信息測度的圖像配準(zhǔn)
        5.2.4 配準(zhǔn)結(jié)果評估
    5.3 基于Amoeba優(yōu)化和金字塔機制的配準(zhǔn)算法
        5.3.1 Amoeba算法
        5.3.2 圖像金字塔策略
        5.3.3 不同配準(zhǔn)策略性能比較實驗
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 問題與展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]脊柱外科手術(shù)機器人引導(dǎo)治療胸腰椎骨折的療效[J]. 朱金文,田建寧,王曉東,張新亮,高文杰,郝定均.  臨床骨科雜志. 2018(04)
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[7]脊柱微創(chuàng)手術(shù)輔助機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化[J]. 楊朝,馮源,王石剛.  機電一體化. 2018(04)
[8]基于模糊C均值聚類的錦標(biāo)賽選擇機制與多目標(biāo)優(yōu)化研究[J]. 張屹,余振,李子木,陸瞳瞳.  電子學(xué)報. 2017(11)
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碩士論文
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[2]基于互信息和蟻群算法的多分辨率二維—三維醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的研究[D]. 林蔚.廣西大學(xué) 2013
[3]快速凸包計算實現(xiàn)及其應(yīng)用[D]. 毛鵬.西安電子科技大學(xué) 2013
[4]基于VTK和ITK算法庫的研究與應(yīng)用[D]. 伍云智.南昌大學(xué) 2010



本文編號：3152258