基于光學(xué)定位的超聲手術(shù)導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、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)

2、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)分識別、三維手術(shù)場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正

3、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)識板區(qū)分識別方法，統(tǒng)計(jì)圖像中顏色和面積信息，可以快速準(zhǔn)確地區(qū)分識別手術(shù)探針和超聲探頭，共6個特征點(diǎn)，識別幀率達(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)，對樣機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定、跟蹤測試、卡爾曼濾波目標(biāo)預(yù)測、精度測試、多個器械的區(qū)分識別測試，編寫配套的手術(shù)導(dǎo)