骨科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)輔助外科是近年來(lái)新興的一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)械工程、數(shù)學(xué)、精密測(cè)量學(xué)、醫(yī)學(xué)和圖像工程學(xué)等于一體的交叉學(xué)科。其作用：(1)幫助醫(yī)生對(duì)患者所患病情進(jìn)行精確診斷；(2)手術(shù)過程中，可清楚觀察到手術(shù)工具相對(duì)于患部的精確位置，從而指導(dǎo)醫(yī)生快速、準(zhǔn)確進(jìn)行手術(shù)，節(jié)省手術(shù)時(shí)間，減少手術(shù)創(chuàng)傷。在骨傷科手術(shù)中，常采用封閉式髓內(nèi)釘內(nèi)固定技術(shù)來(lái)治療脛骨、股骨骨折，手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明目前國(guó)內(nèi)采用的機(jī)械式定位和憑借醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行髓內(nèi)釘絞索孔定位的方法存在著

2、難以準(zhǔn)確定位和多次打孔以及多次拍攝X射線等缺陷。因此，利用計(jì)算機(jī)和機(jī)器人視覺技術(shù)，確定手術(shù)工具相對(duì)于人體組織結(jié)構(gòu)或手術(shù)器械之間的空間位置關(guān)系具有重要的研究意義和應(yīng)用前景。 本文在充分分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，給出了基于C臂X射線影像手術(shù)導(dǎo)航的新思路。針對(duì)股骨、脛骨絞鎖螺釘定位困難的手術(shù)問題，開發(fā)了手術(shù)導(dǎo)航的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)；詳細(xì)地研究了攝像機(jī)標(biāo)定過程中不考慮攝像機(jī)鏡頭失真的線性標(biāo)定方法和考慮鏡頭失真的非線性標(biāo)定方法

3、，提出了線性模型+誤差補(bǔ)償?shù)臉?biāo)定方法，不僅克服了線性標(biāo)定誤差大的不足，而且又避免了非線性模型難以求解且耗時(shí)的缺點(diǎn)，具有實(shí)用價(jià)值；為了提高系統(tǒng)最終的定位精度，用樣條插值實(shí)現(xiàn)了圖像邊緣的亞象素提取，并結(jié)合最小二乘圓弧擬合算法，較為精確的計(jì)算出了標(biāo)志點(diǎn)的重心坐標(biāo)：在雙目視覺的配準(zhǔn)運(yùn)算中，采用基于極線約束、順序約束、幾何相似性約束的對(duì)應(yīng)點(diǎn)配準(zhǔn)算法，使雙目視覺點(diǎn)對(duì)之間較容易地實(shí)現(xiàn)了一一對(duì)應(yīng)；在手術(shù)導(dǎo)航的模擬試驗(yàn)中，利用三個(gè)標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)坐標(biāo)系的原

4、理，以C++Builder和MATLAB為工具，求得了手術(shù)過程中電鉆、髓內(nèi)釘?shù)鹊目臻g相對(duì)位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了股骨、脛骨髓內(nèi)釘絞鎖螺釘定位的手術(shù)導(dǎo)航。 總之，本文主要針對(duì)骨科手術(shù)導(dǎo)航中髓內(nèi)釘遠(yuǎn)端定位螺釘孔位置難以確定的問題，仿照人類雙目感知距離的方法，運(yùn)用雙目立體視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維空間目標(biāo)點(diǎn)的定位。運(yùn)用兩個(gè)攝像機(jī)對(duì)同一目標(biāo)從不同位置成像，進(jìn)而從視差中恢復(fù)距離；通過對(duì)手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)了解與手術(shù)醫(yī)師的反復(fù)商榷，使用LED作為標(biāo)志點(diǎn)，利用非