骨科手術導航系統(tǒng)的研究.pdf

1、計算機輔助外科是近年來新興的一門集計算機技術、精密機械工程、數(shù)學、精密測量學、醫(yī)學和圖像工程學等于一體的交叉學科。其作用：(1)幫助醫(yī)生對患者所患病情進行精確診斷；(2)手術過程中，可清楚觀察到手術工具相對于患部的精確位置，從而指導醫(yī)生快速、準確進行手術，節(jié)省手術時間，減少手術創(chuàng)傷。在骨傷科手術中，常采用封閉式髓內(nèi)釘內(nèi)固定技術來治療脛骨、股骨骨折，手術現(xiàn)場調(diào)研結果表明目前國內(nèi)采用的機械式定位和憑借醫(yī)生經(jīng)驗進行髓內(nèi)釘絞索孔定位的方法存在著

2、難以準確定位和多次打孔以及多次拍攝X射線等缺陷。因此，利用計算機和機器人視覺技術，確定手術工具相對于人體組織結構或手術器械之間的空間位置關系具有重要的研究意義和應用前景。 本文在充分分析國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎上，結合我國國情，給出了基于C臂X射線影像手術導航的新思路。針對股骨、脛骨絞鎖螺釘定位困難的手術問題，開發(fā)了手術導航的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)；詳細地研究了攝像機標定過程中不考慮攝像機鏡頭失真的線性標定方法和考慮鏡頭失真的非線性標定方法

3、，提出了線性模型+誤差補償?shù)臉硕ǚ椒?，不僅克服了線性標定誤差大的不足，而且又避免了非線性模型難以求解且耗時的缺點，具有實用價值；為了提高系統(tǒng)最終的定位精度，用樣條插值實現(xiàn)了圖像邊緣的亞象素提取，并結合最小二乘圓弧擬合算法，較為精確的計算出了標志點的重心坐標：在雙目視覺的配準運算中，采用基于極線約束、順序約束、幾何相似性約束的對應點配準算法，使雙目視覺點對之間較容易地實現(xiàn)了一一對應；在手術導航的模擬試驗中，利用三個標志點構建一個坐標系的原

4、理，以C++Builder和MATLAB為工具，求得了手術過程中電鉆、髓內(nèi)釘?shù)鹊目臻g相對位置關系，實現(xiàn)了股骨、脛骨髓內(nèi)釘絞鎖螺釘定位的手術導航。 總之，本文主要針對骨科手術導航中髓內(nèi)釘遠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，運用雙目立體視覺技術，實現(xiàn)對三維空間目標點的定位。運用兩個攝像機對同一目標從不同位置成像，進而從視差中恢復距離；通過對手術現(xiàn)場的仔細了解與手術醫(yī)師的反復商榷，使用LED作為標志點，利用非