本文關(guān)鍵詞：基于光學(xué)定位的超聲手術(shù)導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：手術(shù)導(dǎo)航中的定位技術(shù)包括光學(xué)定位、電磁定位、機(jī)械定位等,其中光學(xué)定位相比其他技術(shù)具有抗電磁干擾、操作靈活、占用空間小等優(yōu)點(diǎn),更適用于電磁復(fù)雜、空間狹小的手術(shù)室環(huán)境。目前手術(shù)前通常采集病患的X-ray、CT圖像,這對(duì)病患和醫(yī)師造成輻射損傷。普遍使用的二維超聲雖能避免輻射損傷,但存在部分容積效應(yīng),使得病灶定位不準(zhǔn)確。為此,本文將二維超聲圖像映射到三維空間,提出一種適用于經(jīng)皮穿刺的以超聲影像引導(dǎo)的光學(xué)定位手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了光學(xué)定位攝像機(jī)標(biāo)定、手術(shù)探針尖端點(diǎn)標(biāo)定、超聲探頭標(biāo)定、手術(shù)探針與超聲探頭區(qū)分識(shí)別、三維手術(shù)場(chǎng)景的仿真顯示等問題。 首先,提出一種基于三正交約束的攝像機(jī)標(biāo)定方法,該方法以空間三正交線段為模板,采集至少2幅標(biāo)定圖像即可堆疊標(biāo)定方程,解析求解出攝像機(jī)參數(shù),仿真和真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法與經(jīng)典攝像機(jī)標(biāo)定方法的相對(duì)誤差僅為1.3%。 其次,利用光學(xué)定位設(shè)備標(biāo)定手術(shù)探針和超聲探頭,設(shè)計(jì)一種基于空間矩陣傳遞性的手術(shù)探針標(biāo)定方法和提出一種基于兩個(gè)正交平面的超聲探頭標(biāo)定方法,兩種方法的平均標(biāo)定誤差均約為1mm。 另外,設(shè)計(jì)兩塊特征標(biāo)識(shí)板和一種基于特征區(qū)域顏色和面積信息的手術(shù)探針和超聲探頭特征標(biāo)識(shí)板區(qū)分識(shí)別方法,統(tǒng)計(jì)圖像中顏色和面積信息,可以快速準(zhǔn)確地區(qū)分識(shí)別手術(shù)探針和超聲探頭,共6個(gè)特征點(diǎn),識(shí)別幀率達(dá)到20幀/秒。 最后,本文搭建了光學(xué)定位超聲手術(shù)導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)樣機(jī),對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定、跟蹤測(cè)試、卡爾曼濾波目標(biāo)預(yù)測(cè)、精度測(cè)試、多個(gè)器械的區(qū)分識(shí)別測(cè)試,編寫配套的手術(shù)導(dǎo)航軟件。利用搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行了單個(gè)探針的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、探針和超聲探頭的組合運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn),三維手術(shù)場(chǎng)景的仿真顯示提供了探針運(yùn)動(dòng)和探頭超聲平面的空間信息。 綜上,本文設(shè)計(jì)提出的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方法和搭建的系統(tǒng)樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該樣機(jī)滿足簡易手術(shù)導(dǎo)航的精度和實(shí)時(shí)性要求。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)定位 手術(shù)導(dǎo)航 攝像機(jī)標(biāo)定 超聲探頭標(biāo)定 目標(biāo)跟蹤
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R310
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題的研究背景與意義9-10
• 1.2 手術(shù)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)10-14
• 1.2.1 手術(shù)導(dǎo)航的醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù)10-11
• 1.2.2 手術(shù)導(dǎo)航的空間定位技術(shù)11-12
• 1.2.3 手術(shù)導(dǎo)航的手術(shù)器械標(biāo)定技術(shù)12-13
• 1.2.4 手術(shù)導(dǎo)航的配準(zhǔn)與顯示技術(shù)13-14
• 1.3 手術(shù)導(dǎo)航的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3.3 存在的問題15
• 1.4 本文的主要工作與成果15-16
• 1.5 本文的結(jié)構(gòu)安排16-17
• 2 光學(xué)定位超聲手術(shù)導(dǎo)航的基本理論17-26
• 2.1 光學(xué)定位超聲手術(shù)導(dǎo)航的工作原理17-18
• 2.2 光學(xué)定位技術(shù)18-23
• 2.2.1 攝像機(jī)模型18-21
• 2.2.2 攝像機(jī)標(biāo)定與立體標(biāo)定21-22
• 2.2.3 三維重建22-23
• 2.3 手術(shù)器械標(biāo)定技術(shù)23-25
• 2.3.1 手術(shù)探針的尖端點(diǎn)標(biāo)定23-24
• 2.3.2 超聲探頭的圖像標(biāo)定24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 光學(xué)定位超聲手術(shù)導(dǎo)航的攝像機(jī)標(biāo)定方法26-35
• 3.1 基于三正交約束的攝像機(jī)標(biāo)定方法26-33
• 3.1.1 基本知識(shí)26-27
• 3.1.2 標(biāo)定模板與算法27-30
• 3.1.3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析30-32
• 3.1.4 真實(shí)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析32-33
• 3.2 討論33-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 光學(xué)定位超聲手術(shù)導(dǎo)航的手術(shù)器械標(biāo)定方法35-50
• 4.1 基于光學(xué)定位的手術(shù)探針尖端點(diǎn)標(biāo)定方法35-38
• 4.2 基于光學(xué)定位的超聲圖像標(biāo)定方法38-49
• 4.2.1 基本知識(shí)38-39
• 4.2.2 標(biāo)定模板與算法39-41
• 4.2.3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析41-42
• 4.2.4 真實(shí)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析42-46
• 4.2.5 討論46-49
• 4.3 本章小結(jié)49-50
• 5 光學(xué)定位超聲手術(shù)導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)50-60
• 5.1 系統(tǒng)組成50-53
• 5.1.1 硬件系統(tǒng)50-51
• 5.1.2 軟件系統(tǒng)51-53
• 5.2 系統(tǒng)標(biāo)定53-55
• 5.2.1 攝像機(jī)標(biāo)定53-54
• 5.2.2 手術(shù)器械標(biāo)定54-55
• 5.3 系統(tǒng)性能測(cè)試55-57
• 5.3.1 測(cè)量精度測(cè)試55-56
• 5.3.2 多個(gè)手術(shù)器械識(shí)別測(cè)試56-57
• 5.4 模擬實(shí)驗(yàn)57-59
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)條件與內(nèi)容57
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析57-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文和申請(qǐng)專利情況65-66
• 致謝66-67

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于光學(xué)定位的超聲手術(shù)導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：366216