發(fā)布時(shí)間：2021-04-17 16:14

　　盡管光學(xué)導(dǎo)航和手術(shù)機(jī)器人在骨科、神經(jīng)外科、耳鼻喉科等領(lǐng)域有著成熟的應(yīng)用,但目前在肝腫瘤穿刺消融手術(shù)中醫(yī)生仍在使用肉眼定位和手動(dòng)穿刺的方式進(jìn)行手術(shù)。光學(xué)導(dǎo)航和手術(shù)機(jī)器人在肝腫瘤穿刺的應(yīng)用上并未取得很好的效果,主要原因是光學(xué)導(dǎo)航的核心部件定位儀存在產(chǎn)生偽點(diǎn)的問(wèn)題,影響手術(shù)導(dǎo)航進(jìn)程;同時(shí)呼吸運(yùn)動(dòng)會(huì)使器官發(fā)生形變導(dǎo)致靶點(diǎn)實(shí)時(shí)位移,直接應(yīng)用神經(jīng)外科機(jī)器人等穿刺機(jī)器人的固定軌跡伺服方法進(jìn)行肝腫瘤穿刺的效果不理想。因此,為了在光學(xué)引導(dǎo)穿刺手術(shù)過(guò)程的流暢度與安全性,需解決商業(yè)定位儀產(chǎn)生偽點(diǎn)的問(wèn)題,包括誤識(shí)別偽點(diǎn)和誤匹配偽點(diǎn);為了使機(jī)器人能夠在穿刺過(guò)程中補(bǔ)償呼吸運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的組織形變和位移以提高穿刺精度,需研究合適的機(jī)器人位姿計(jì)算方法和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法。本論文針對(duì)以上問(wèn)題,完成相應(yīng)研究?jī)?nèi)容:（1）研究了光學(xué)定位中偽點(diǎn)剔除的方法。使用圖像分割和特征篩選的方法剔除誤識(shí)別偽點(diǎn),再利用相機(jī)針孔模型估算的空間坐標(biāo)剔除誤匹配偽點(diǎn),最終提高了光學(xué)定位儀在使用過(guò)程中的魯棒性,降低了后續(xù)導(dǎo)航過(guò)程的計(jì)算負(fù)擔(dān)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比其他商業(yè)化定位儀,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本論文方法在剔除偽點(diǎn)方面表現(xiàn)更好。（2）研究了穿刺機(jī)器人最優(yōu)目標(biāo)位姿計(jì)算方法... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

CT引導(dǎo)下的手動(dòng)穿刺a)肝腫瘤消融穿刺手術(shù)b)掃CT檢測(cè)穿刺效果

的算法能夠保證機(jī)器人在手術(shù)過(guò)程中快速完成指定動(dòng)作，減少運(yùn)動(dòng)遲滯性帶來(lái)的碰撞、組織損傷等問(wèn)題。手術(shù)導(dǎo)航和手術(shù)機(jī)器人所具備的高效手術(shù)計(jì)劃能力和高精度執(zhí)行能力，使得穿刺手術(shù)機(jī)器人在骨科和神經(jīng)外科領(lǐng)域發(fā)展迅速，已有多款商業(yè)化的產(chǎn)品得到成熟應(yīng)用[14]。其中具有代表性的產(chǎn)品有適用于骨科手術(shù)的ROSAONESpine光學(xué)導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人[15,16]，以及面向神經(jīng)外科中腦出血、帕金森及癲癇等疾病治療手術(shù)的Remebot[17-19]和ROSAONEBrain手術(shù)機(jī)器人等。如圖1-2所示即為美國(guó)ZimmerBiomet的ROSAONEBrain光學(xué)導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人。圖1-2ROSAONEBrain手術(shù)機(jī)器人[100]a)機(jī)器人系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)b)穿刺仿真場(chǎng)景

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文41.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1光學(xué)定位技術(shù)和偽點(diǎn)問(wèn)題概述（1）光學(xué)定位技術(shù)光學(xué)定位儀是手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的核心設(shè)備，如圖1-3所示，它用于在術(shù)中實(shí)時(shí)跟蹤安裝于手術(shù)器械上和黏貼在病人皮膚上的標(biāo)記點(diǎn)，并以標(biāo)記點(diǎn)為媒介對(duì)術(shù)前CT影像和術(shù)中病人病灶進(jìn)行剛性配準(zhǔn)，以便在三維虛擬圖像上實(shí)時(shí)顯示病人的骨骼機(jī)構(gòu)、病變組織和計(jì)劃穿刺路徑等等。醫(yī)生能夠根據(jù)三維虛擬圖像的實(shí)時(shí)引導(dǎo)，直觀的觀察到病灶和手術(shù)工具的相對(duì)位置，便于術(shù)中實(shí)時(shí)調(diào)整手術(shù)器械的位姿，從而進(jìn)行精準(zhǔn)穿刺等操作[25-27]。該系統(tǒng)能幫助外科醫(yī)生改進(jìn)手術(shù)治療效果，減少侵入性、治療時(shí)間和并發(fā)癥[28,29]。光學(xué)定位儀的基本定位原理是目標(biāo)檢測(cè)和立體匹配，目標(biāo)檢測(cè)是從二維圖像上檢測(cè)標(biāo)記物，而立體匹配則是根據(jù)標(biāo)記物在不同方向的投影重建出空間坐標(biāo)。根據(jù)標(biāo)記物的不同，分為基于標(biāo)記點(diǎn)和基于圖像角點(diǎn)分布信息的定位方法，其中基于標(biāo)記點(diǎn)的光學(xué)定位方式因定位精度高、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用到手術(shù)導(dǎo)航中。而根據(jù)系統(tǒng)中相機(jī)數(shù)量的不同可分為雙目定位方法和多目定位系統(tǒng)，其中雙相機(jī)組成的雙目定位系統(tǒng)和多目定位系統(tǒng)相比，在保證同等級(jí)精度的情況下，雙目系統(tǒng)在設(shè)備構(gòu)建、標(biāo)定等方面更為方便。且多目定位系統(tǒng)所需要的相機(jī)更多，外圍電路的要求更高，大大提升了硬件成本和軟件算法的復(fù)雜度，因而雙目定位系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的立體定位模式。如圖1-3所示，左邊設(shè)備即為基于標(biāo)記點(diǎn)的雙目光學(xué)定位儀，這種定位方法就是雙目光學(xué)定位方法。國(guó)內(nèi)外的光學(xué)導(dǎo)航產(chǎn)品中，有超過(guò)90%的光學(xué)定位儀采用加拿大NDI公司的Polaris系統(tǒng)，該系統(tǒng)為基于光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)的雙目定位系統(tǒng)。Polaris系統(tǒng)在長(zhǎng)期圖1-3雙目光學(xué)定位方法[30]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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