本文關鍵詞：機器人輔助骨科手術導航關鍵技術研究

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【摘要】：機器人輔助骨科手術是當前骨科領域研究的熱點,它是典型的醫(yī)工結合技術,能夠保護醫(yī)生和患者,減少X射線的傷害,同時能夠提高手術定位精度,減少手術創(chuàng)傷,縮短手術時間。手術導航技術是機器人輔助骨科手術系統(tǒng)的核心技術,本文針對基于C形臂X光機的手術導航技術及機器人輔助導航定位技術進行了研究,分別實現(xiàn)了跟蹤和定位兩大關鍵技術。跟蹤即術中在導航界面上實時顯示手術工具投影和病人患骨的透視圖像,給醫(yī)生實時提供手術工具與患骨的相對位置和姿態(tài)關系。定位即實現(xiàn)手術工具和機器人到達所規(guī)劃的位置。本文研究的主要內(nèi)容如下:第一,對校準靶透視圖像中標志物投影的識別與參數(shù)提取進行了研究。設計了導航系統(tǒng)中的關鍵部件——校準靶;對透視圖像中圓形或類圓形目標的識別方法進行了研究,最后選擇閾值分割與連通量處理相結合的算法,借助ITK和VTK實現(xiàn)了圖像的可變閾值分割,省去了閾值求解過程,實現(xiàn)了快速分割,并最終提取了目標參數(shù)。第二,對圖像變形校正進行了研究。對C形臂X光圖像的變形及其成因進行了研究;在分析了全局法與局部法的優(yōu)缺點的基礎上,針對圖像中控制點較少的情況提出一種移動最小二乘法(Moving Least Square,MLS)與多項式擬合相結合的圖像校正方法。通過此方法保證了在控制點較少情況下的校正精度。第三,對相機標定進行了研究。對已有校準方法進行了分析研究,并比較了各個方法的優(yōu)缺點。針對相機校準中存在的過渡環(huán)節(jié)多及變換參數(shù)求解復雜等問題,本文提出了一種線性標定融合誤差補償?shù)南鄼C標定實現(xiàn)方法,該方法忽略相機模型,減少了中間過渡環(huán)節(jié),參數(shù)求解變得簡單,提高了效率。第四,對機器人輔助導航系統(tǒng)的全空間坐標轉換技術及機器人硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法進行了研究。研究了圖像中規(guī)劃的工具投影變換到患骨坐標系下的方法,并基于光學定位系統(tǒng)建立了患骨坐標系與機器人基坐標系之間的映射關系,從而建立圖像坐標系到機器人坐標系的變換。在沒有工作站與機器人通訊軟件包的情況下,以PLC作轉接,成功實現(xiàn)了工作站到KUKA的數(shù)據(jù)傳輸,為機器人輔助導引奠定了基礎。最后,自主開發(fā)了導航軟件系統(tǒng),搭建了機器人輔助骨科手術導航系統(tǒng)實驗研究平臺,同時以脊柱模型為實驗對象進行了相關實驗:導航定位位置實驗、導航定位姿態(tài)實驗和機器人輔助導引實驗。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對誤差進行了分析,同時為減小誤差提出了相應的措施。
【關鍵詞】：手術導航 C形臂 機器人 輔助導引
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R687;TP242
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 手術導航系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 基于C形臂的手術導航系統(tǒng)基本原理及關鍵技術17-21
• 1.3.1 基于C形臂的手術導航系統(tǒng)基本原理17-19
• 1.3.2 基于C形臂手術導航關鍵技術19-21
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容和論文結構21-22
• 1.5 本章小結22-23
• 第二章 X光圖像畸變校正方法研究23-41
• 2.1 C形臂X光圖像幾何失真類型及成因23-25
• 2.2 基于移動最小二乘法與多項式擬合的混合校正算法25-34
• 2.2.1 移動最小二乘法26-31
• 2.2.2 全局多項式擬合31-33
• 2.2.3 混合校正算法33-34
• 2.3 校正后圖像中像素灰度計算34
• 2.4 實驗與分析34-40
• 2.4.1 校準靶的設計35
• 2.4.2 校準靶圖像中標志物參數(shù)提取35-37
• 2.4.3 圖像幾何變形校正37-40
• 2.5 小結40-41
• 第三章 手術工具實體實時可視化研究41-54
• 3.1 C形臂相機校準41-46
• 3.1.1 相機標定模型41-42
• 3.1.2 相機校準方法概述42-43
• 3.1.3 Faugeras相機校準方法及其改進方法43-46
• 3.1.4 一種新的相機標定解決方案46
• 3.2 定位跟蹤技術在導航系統(tǒng)中的應用46-48
• 3.3 手術實體在二維X光圖像中的實時可視化48-49
• 3.4 實驗及分析49-53
• 3.5 小結53-54
• 第四章 機器人輔助導引研究54-61
• 4.1 圖像坐標系與機器人坐標系變換的原理54-57
• 4.1.1 雙平面校準法求解反投射問題55-56
• 4.1.2 導引工具規(guī)劃投影到患骨坐標系的變換56-57
• 4.1.3 導引工具規(guī)劃姿態(tài)到KUKA機器人空間的變換57
• 4.2 工作站與KUKA機器人數(shù)據(jù)傳輸57-59
• 4.3 實驗與分析59-60
• 4.4 小結60-61
• 第五章 導航實驗研究61-74
• 5.1 導航系統(tǒng)搭建及手術工具設計61-62
• 5.2 導航軟件設計62-64
• 5.3 導航實驗64-70
• 5.3.1 導航定位位置實驗65-68
• 5.3.2 導航定位姿態(tài)實驗68-70
• 5.4 機器人輔助導引實驗70-72
• 5.5 導航誤差分析72-73
• 5.6 小結73-74
• 第六章 總結與展望74-76
• 6.1 全文總結74
• 6.2 研究展望74-76
• 參考文獻76-83
• 攻讀學位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文83-84
• 致謝84-85

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1 張麗;翟娟娟;;機器人手術的應用[J];全科護理;2010年13期

2 武少杰;;一個通過觸診能夠自動完成診斷任務的先進的機器人系統(tǒng)[J];國外醫(yī)學.生物醫(yī)學工程分冊;1988年03期

3 朱帆三;;一種通過觸摸而自動診斷的先進機器人系統(tǒng)[J];國外醫(yī)學.生物醫(yī)學工程分冊;1988年05期

4 索鴻英;形形色色的機器人[J];世界科學技術;1998年02期

5 劉林森;;機器人——信息化時代的白衣天使[J];科學之友(A版);2008年03期

6 胡宇川,季林紅;從醫(yī)學角度探討偏癱上肢康復訓練機器人的設計[J];中國臨床康復;2004年34期

7 王田苗;;為什么機器人會用于臨床[J];中國醫(yī)藥生物技術;2007年02期

8 伍勝;;機器人在食品包裝中的應用[J];食品安全導刊;2010年06期

9 楊鑫;李占賢;徐衛(wèi)國;;外科手術機器人的研究現(xiàn)狀與進展[J];河北聯(lián)合大學學報(醫(yī)學版);2012年02期

10 F.Bortz;張建新;;H.西蒙關于制造聰明的機器人的談話[J];心理學動態(tài);1985年03期

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1 胡春華;范勇;朱紀洪;孫增圻;;空中機器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[A];2005年中國智能自動化會議論文集[C];2005年

2 陳衛(wèi)東;;服務機器人的技術發(fā)展及微特電機在其中的應用[A];第十屆中國小電機技術研討會論文集[C];2005年

3 肖玉林;侍才洪;陳煒;李浩;張西正;;救援機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(綜述)[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十四屆學術年會論文集[C];2014年

4 鄭亞青;吳建坡;;岸邊集裝箱宏-微起重機器人的機構、結構設計及運動仿真[A];2009海峽兩岸機械科技論壇論文集[C];2009年

5 王靜;邊繼東;張大慧;林峰華;張宏;;管道定量采樣機器人系統(tǒng)設計[A];2009全國虛擬儀器大會論文集（二）[C];2009年

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8 譚金林;劉明英;梁建民;;機器人硬件電路設計[A];1995年中國智能自動化學術會議暨智能自動化專業(yè)委員會成立大會論文集（下冊）[C];1995年

9 許家中;孔祥冰;尤波;李長峰;禹鑫q，

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