【摘要】：穿刺介入手術(shù)在靶向藥物治療、腰椎穿刺治療等方面應(yīng)用地越來(lái)越廣泛。在介入手術(shù)中,超聲圖像由于實(shí)時(shí)性強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),很好地應(yīng)用在了介入手術(shù)的引導(dǎo)等方面。在穿刺介入手術(shù)中,通過(guò)對(duì)穿刺探針的路徑進(jìn)行規(guī)劃,可以很好地避開(kāi)障礙,有效保證穿刺探針到達(dá)病灶。因此,探針的穿刺路徑規(guī)劃研究已受到重視。本文針對(duì)基于超聲圖像的穿刺探針受力建模以及三維穿刺路徑規(guī)劃展開(kāi)研究,將三維超聲圖像和柔性針的三維穿刺路徑規(guī)劃結(jié)合起來(lái),使計(jì)劃的路徑更實(shí)用。本文的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面:在穿刺針路徑規(guī)劃中需要避開(kāi)血管的前提下,對(duì)超聲圖像中的血管信息進(jìn)行識(shí)別。采用基于海森矩陣的血管識(shí)別算法對(duì)三維超聲圖像中包含的血管區(qū)域的大小和位置信息進(jìn)行識(shí)別,該信息用作路徑規(guī)劃中要躲避的障礙,并用于指導(dǎo)后續(xù)的3D路徑規(guī)劃。在探針穿刺過(guò)程中,首先針對(duì)穿刺探針的彎曲形變程度進(jìn)行分析,建立柔性針在穿刺過(guò)程中的受力模型。在完整的模型中,使用有限元仿真軟件Abaqus來(lái)模擬和分析整個(gè)柔性針穿刺過(guò)程,得到穿刺探針彎曲量變化的曲線(xiàn),并利用得到的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)接下來(lái)的三維穿刺路徑規(guī)劃過(guò)程。基于障礙信息以及穿刺探針力學(xué)模型對(duì)探針穿刺路徑進(jìn)行規(guī)劃。本文對(duì)快速搜索隨機(jī)樹(shù)算法進(jìn)行改進(jìn),并將粒子群算法應(yīng)用到穿刺探針的三維路徑規(guī)劃上,從而提出了兩種三維路徑規(guī)劃的方法:基于改進(jìn)的RRT算法的三維路徑規(guī)劃和基于粒子群算法的三維路徑規(guī)劃。本文具體介紹這兩種方法的穿刺路徑規(guī)劃過(guò)程,并對(duì)這兩種穿刺探針三維路徑規(guī)劃方法的路徑規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行比較和分析。最后,本文采用離體實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)證三維路徑規(guī)劃算法,使用機(jī)械臂輔助穿刺內(nèi)部含有障礙物和目標(biāo)點(diǎn)的瓊脂體模的方式,將穿刺針實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌跡和仿真得到的穿刺軌跡作對(duì)比,證明了三維路徑規(guī)劃算法的可靠性和有效性。
【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】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：R445.1;TP391.41
【圖文】：

a.3D 結(jié)構(gòu)上的直觀(guān)解釋圖 1 b.3D 結(jié)構(gòu)上的直觀(guān)解釋圖 2圖 2-1 Hessian 矩陣特征值的幾何解釋度空間理論定義尺度 下的函數(shù)微分：L( x, ) L( x )* G ( x, )x x 為高斯函數(shù)，其表達(dá)式如式（2-9）所示：22221( , ) exp2xG x —管狀區(qū)域識(shí)別算法度增強(qiáng)下，根據(jù)海森矩陣的特征值構(gòu)建三維管狀識(shí)別濾0 ( )，并進(jìn)行閾值處理，從而識(shí)別出血管信息。2312 3AB

a.3D 結(jié)構(gòu)上的直觀(guān)解釋圖 1 b.3D 結(jié)構(gòu)上的直觀(guān)解釋圖 2圖 2-1 Hessian 矩陣特征值的幾何解釋度空間理論定義尺度 下的函數(shù)微分：L( x, ) L( x )* G ( x, )x x 為高斯函數(shù)，其表達(dá)式如式（2-9）所示：22221( , ) exp2xG x —管狀區(qū)域識(shí)別算法度增強(qiáng)下，根據(jù)海森矩陣的特征值構(gòu)建三維管狀識(shí)別濾0 ( )，并進(jìn)行閾值處理，從而識(shí)別出血管信息。2312 3AB

圖 2-3 Field II 仿真的具體過(guò)程示意圖仿真的初始化參數(shù)設(shè)定如下表 2-2 所示：表 2-2 仿真初始參數(shù)仿真參數(shù) 參數(shù)大小換能器的中心頻率 5MHz采樣的頻率 100MHz聲速 1540m/s波長(zhǎng) 0.308mm陣元的寬度 0.154mm陣元的高度 7mm接收孔徑 0.0025mm焦點(diǎn)的位置 （0,0,7mm）

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2760831