本文關(guān)鍵詞：穿刺手術(shù)中穿刺力建模與探針定位研究

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【摘要】：穿刺手術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的開(kāi)放手術(shù)而言具有創(chuàng)口小、疼痛輕、術(shù)后恢復(fù)快、并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn),因此穿刺治療在現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前的穿刺手術(shù)大都是二維超聲圖像進(jìn)行導(dǎo)航下進(jìn)行的,二維超聲的導(dǎo)航方式由于不能完全地反應(yīng)目標(biāo)區(qū)域信息,并且操作不夠靈活,降低了手術(shù)的成功率;相對(duì)于徒手穿刺而言,由于機(jī)器人系統(tǒng)具有完全的可控性,且可靠性強(qiáng),運(yùn)動(dòng)路徑與進(jìn)針?biāo)俣染赏ㄟ^(guò)編程精確實(shí)現(xiàn)與控制,因此將三維超聲導(dǎo)航與機(jī)器人輔助穿刺技術(shù)結(jié)合起來(lái)的系統(tǒng)研究成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文主要針對(duì)機(jī)器人輔助穿刺系統(tǒng)中的穿刺過(guò)程中穿刺力建模以及術(shù)中探針實(shí)時(shí)定位兩個(gè)方面進(jìn)行研究,具體包括以下幾個(gè)方面:以腎臟穿刺手術(shù)為例,對(duì)探針以及腎臟組織在穿刺過(guò)程中的相互作用進(jìn)行建模分析,并利用Abaqus有限元分析軟件,對(duì)整個(gè)穿刺過(guò)程進(jìn)行模擬仿真,分別得到腎臟組織在穿刺過(guò)程中的位移曲線(xiàn)以及穿刺探針的受力曲線(xiàn),并對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,該分析結(jié)果將用于指導(dǎo)實(shí)際的穿刺過(guò)程,以確保穿刺結(jié)果更加準(zhǔn)確。為了在手術(shù)過(guò)程中對(duì)探針的進(jìn)針情況進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地觀(guān)測(cè),需要對(duì)穿刺探針進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,考慮到實(shí)際超聲數(shù)據(jù)組成的復(fù)雜性,本文在傳統(tǒng)的探針定位算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),提出多尺度隨機(jī)抽樣一致算法(MS-RANSAC),該算法在實(shí)際的超聲數(shù)據(jù)存在較多干擾的情況下依舊能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的探針定位。由于三維超聲圖像本身數(shù)據(jù)量較大,在進(jìn)行探針定位時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng),為了提升定位算法的效率,設(shè)計(jì)MS-RANSAC算法的并行策略,并利用CUDA平臺(tái)將該并行算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn),使其在實(shí)際應(yīng)用中成為可能。為了對(duì)算法的定位效果以及運(yùn)行速度進(jìn)行驗(yàn)證,本文選取了三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明MS-RANSAC可以在組成較為復(fù)雜的三維超聲數(shù)據(jù)中正確定位出探針位置,并且在CUDA并行化實(shí)現(xiàn)之后大大提升了算法的運(yùn)行速度。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)器人系統(tǒng) 穿刺 有限元分析 MS-RANSAC GPU 并行計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB559;R446.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題研究背景9-11
• 1.2 課題研究意義11-12
• 1.3 研究現(xiàn)狀及分析12-16
• 1.3.1 機(jī)器人輔助穿刺研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 穿刺過(guò)程中穿刺力建模研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.3 三維超聲導(dǎo)航下探針定位算法研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文主要的研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 機(jī)器人輔助穿刺系統(tǒng)構(gòu)成18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 穿刺過(guò)程中的物理模型18-21
• 2.2.1 材料模型描述相關(guān)物理量18-19
• 2.2.2 穿刺過(guò)程中探針受力模型19-20
• 2.2.3 穿刺過(guò)程中軟組織形變物理模型20-21
• 2.3 經(jīng)典RANSAC定位算法處理過(guò)程21-24
• 2.4 機(jī)器人輔助穿刺系統(tǒng)總體構(gòu)成24-27
• 2.4.1 機(jī)器人輔助穿刺系統(tǒng)手術(shù)流程分析24-25
• 2.4.2 機(jī)器人輔助穿刺系統(tǒng)構(gòu)成25-26
• 2.4.3 機(jī)器人輔助穿刺系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 基于有限元仿真穿刺建模28-41
• 3.1 有限元分析方法簡(jiǎn)介28-29
• 3.2 穿刺過(guò)程的有限元仿真29-38
• 3.2.1 幾何模型建立29-34
• 3.2.2 材料模型定義34-35
• 3.2.3 接觸算法35
• 3.2.4 網(wǎng)格劃分35-36
• 3.2.5 邊界條件與載荷設(shè)定36-38
• 3.3 仿真結(jié)果與分析38-40
• 3.3.1 仿真結(jié)果38-39
• 3.3.2 結(jié)果分析39-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 MS-RANSAC探針定位算法41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 問(wèn)題描述41-42
• 4.3 閾值處理42-44
• 4.4 Frangi濾波增強(qiáng)44-48
• 4.4.1 尺度空間理論45
• 4.4.2 Hessian矩陣45-47
• 4.4.3 Frangi濾波器47-48
• 4.5 MS-RANSAC算法48-51
• 4.5.1 經(jīng)典RANSAC算法存在的問(wèn)題48-49
• 4.5.2 MS-RANSAC算法49-51
• 4.6 本章小結(jié)51-52
• 第5章 MS-RANSAC算法的并行實(shí)現(xiàn)52-61
• 5.1 引言52
• 5.2 CUDA簡(jiǎn)介52-55
• 5.3 并行算法設(shè)計(jì)55-57
• 5.4 MS-RANSAC定位算法結(jié)果57-60
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)57-58
• 5.4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)58
• 5.4.3 結(jié)果比較58-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果66-68
• 致謝68

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2 連斌;軟組織針穿刺過(guò)程的有限元建模及實(shí)現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：1012871