膝關(guān)節(jié)是人體最大且最復(fù)雜的關(guān)節(jié),近年來(lái),膝關(guān)節(jié)疾病頻繁的出現(xiàn)在我們的身邊,嚴(yán)重影響了人們的正常生活。目前,針對(duì)膝關(guān)節(jié)的諸多疾病仍采用人工穿刺治療的方法,這在費(fèi)時(shí)費(fèi)力的同時(shí),也對(duì)臨床醫(yī)生提出了較高的要求。為了解決人工穿刺時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)要求高、受主觀因素影響等問(wèn)題,本文提出了一種基于目標(biāo)檢測(cè)和圖像分割的穿刺靶點(diǎn)定位算法,為手術(shù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穿刺提供了更可靠的依據(jù)。針對(duì)膝關(guān)節(jié)超聲病變圖像中病變區(qū)域與背景顏色相似難以直接區(qū)分的問(wèn)題,通過(guò)目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理,獲得了包含目標(biāo)區(qū)域的矩形框�？紤]到整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的問(wèn)題,分別比較了SSD、YOLOv3、Mobilenet-SSD三種檢測(cè)速度較快的單階段檢測(cè)網(wǎng)絡(luò),并從中選擇了一種適合本文任務(wù)的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),考慮到數(shù)據(jù)集大小對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的影響,采用裁剪、平移、隨機(jī)旋轉(zhuǎn)等多種方法對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行擴(kuò)增。為了精確地分割出病變區(qū)域,采用語(yǔ)義分割的方法對(duì)檢測(cè)得到的圖像進(jìn)行像素級(jí)的分類。對(duì)比了常用的U-net和Deep Lab網(wǎng)絡(luò)的分割結(jié)果,并針對(duì)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸出的尺度不同的矩形框圖像,在VGG網(wǎng)絡(luò)中引入了空間金字塔池化（SPP）,提出了一種VGG-SPP... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

膝關(guān)節(jié)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-是依賴于傳統(tǒng)的學(xué)徒訓(xùn)練方法。同時(shí)，穿刺醫(yī)生長(zhǎng)時(shí)間的工作，難免會(huì)由于眼疲勞、精力不足以及主觀性因素等造成穿刺過(guò)程中的一些誤操作。另外，在超聲引導(dǎo)的穿刺方面，由于超聲圖像本身存在信噪比低、紋理信息不明顯等特點(diǎn)，如圖1-1中b)所示，圖像整體偏暗，目標(biāo)積液區(qū)域與背景顏色非常接近，進(jìn)一步干擾了醫(yī)生的判斷，造成穿刺準(zhǔn)確率下降。近年來(lái)，隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、深度學(xué)習(xí)及機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)療機(jī)器人已成為先進(jìn)機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究方向，機(jī)器人輔助外科手術(shù)在操作靈活性、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。將醫(yī)學(xué)圖像通過(guò)特定方式處理后，選擇合適的深層網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練，能夠讓機(jī)器人自動(dòng)地識(shí)別出病變區(qū)域的位置并對(duì)病癥進(jìn)行分類，成為醫(yī)生診斷和治療的重要輔助手段。因此，利用深度學(xué)習(xí)及先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)解決人工對(duì)膝關(guān)節(jié)病變穿刺過(guò)程中存在的不足具有重要的研究意義。本課題嘗試結(jié)合超聲膝關(guān)節(jié)病變圖像和多種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)來(lái)自動(dòng)識(shí)別出病變的積液區(qū)域，并利用定位算法在識(shí)別到的積液區(qū)域中尋找合適的穿刺靶點(diǎn)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1膝關(guān)節(jié)診斷研究現(xiàn)狀由于膝關(guān)節(jié)疾病愈發(fā)普遍，國(guó)內(nèi)外各大醫(yī)院及高校都對(duì)膝關(guān)節(jié)疾病的診斷展開了廣泛的研究，其中，借助醫(yī)療影像輔助膝關(guān)節(jié)診斷的研究較多。目前，膝關(guān)節(jié)疾病的影像學(xué)檢查手段主要包括傳統(tǒng)X線、B超、CT和MRI，如圖1-2。a)X線b)B超c)CTd)MRI圖1-2膝關(guān)節(jié)疾病影像學(xué)檢查方式

導(dǎo)航技術(shù)用于腰椎間孔鏡穿刺定位手術(shù)中，輔助臨床醫(yī)生進(jìn)行穿刺。通過(guò)對(duì)70例腰椎鍵盤突出患者進(jìn)行穿刺手術(shù)，得出計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助腰椎間孔鏡穿刺定位能夠減少透視次數(shù)、透視時(shí)間、穿刺次數(shù)及手術(shù)時(shí)間[44]。雖然醫(yī)生在醫(yī)療影像的輔助下穿刺準(zhǔn)確率和成功率都有提高，但依靠醫(yī)生自身的感覺(jué)以及三維解剖結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)操控柔性穿刺針沿特定路徑進(jìn)針始終極具挑戰(zhàn)，多數(shù)情況下需要來(lái)回拔針和進(jìn)針，這對(duì)醫(yī)生和病人本身都帶來(lái)了極大的考驗(yàn)。隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，通過(guò)機(jī)器人精確地控制進(jìn)針量和針尖方向來(lái)實(shí)現(xiàn)穿刺手術(shù)逐漸成為可能。如圖1-3所示，先通過(guò)醫(yī)療影像設(shè)備采集頭部信息，進(jìn)而規(guī)劃進(jìn)針路徑，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)頭部的穿刺治療。a)頭部穿刺示意圖b)頭部穿刺實(shí)物圖圖1-3機(jī)器人輔助頭部穿刺由于穿刺所用的柔性穿刺針是一個(gè)非完整系統(tǒng)以及組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組織變形導(dǎo)致靶點(diǎn)偏移等諸多因素，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者展開了對(duì)穿刺靶點(diǎn)的選取和穿刺針路徑規(guī)劃的研究。Hu等人提出了一種基于病灶區(qū)域形狀特征分析的自動(dòng)進(jìn)針路徑規(guī)劃算法，他們通過(guò)對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，提取出目標(biāo)病灶區(qū)域，然后將病灶中心作為穿刺靶點(diǎn)[45]，并設(shè)計(jì)了一種S型雙弧線自動(dòng)穿刺進(jìn)針路徑規(guī)劃算法。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的算法基本能夠達(dá)到理想的效果。為了提高x線引導(dǎo)乳腺活檢的準(zhǔn)確性，清華大學(xué)深圳研究生院的Wu等人提出利用兩個(gè)引導(dǎo)點(diǎn)構(gòu)建x射線錐束，再利用錐束的連接截面確定穿刺目標(biāo)點(diǎn)，最后他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性[46]。Hungr等人設(shè)計(jì)了一種在CT和MRI引導(dǎo)下的胸腹部介入放射治療的光穿刺機(jī)器人，該機(jī)器人被安裝在病人身體上，根據(jù)放射科醫(yī)生預(yù)先設(shè)定的軌跡和目標(biāo)位置進(jìn)行穿刺[47]。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了當(dāng)目標(biāo)位置在30mm到90mm深度范圍內(nèi)時(shí)，定位精度為3.3±1.7mm，角度偏差為-

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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