眼眶內(nèi)窺鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā).pdf

1、眼眶手術(shù)是外科領(lǐng)域最復(fù)雜的手術(shù)之一，眼眶解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)含眼球、視神經(jīng)、血管和眼外肌等重要組織，手術(shù)危險性高，損傷后會造成不可挽回的后果；眼眶骨折復(fù)位、視功能重建要求精度高、難度大。因此，國際上眼眶外科領(lǐng)域的發(fā)展趨勢是微創(chuàng)化和高精度。內(nèi)窺鏡技術(shù)可以使手術(shù)微創(chuàng)化，而基于圖像引導(dǎo)的手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)可以提高手術(shù)的精度，將內(nèi)窺鏡技術(shù)和手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合起來可以提高眼眶手術(shù)的精確性、安全性和微創(chuàng)性，目前國內(nèi)尚未將此二者結(jié)合起來應(yīng)用于眼眶手術(shù)。本文針對傳

2、統(tǒng)眼眶內(nèi)窺鏡手術(shù)治療中存在的局限性，研究了基于圖像引導(dǎo)的手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)以及相關(guān)的幾何原理，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了眼眶內(nèi)窺鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容包括：
　　1.醫(yī)學(xué)圖像處理與三維重建問題。在圖像處理方面，通過對常用空間濾波方法和圖像分割方法的比較，運(yùn)用中值濾波法對含有噪聲的CT圖像進(jìn)行去噪處理，由于在CT圖像中骨組織與其他軟組織的灰度值有較大的差異，將閾值分割法和區(qū)域生長法結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)對頭部CT圖像的骨組織分割。在圖像三維重建方面，運(yùn)

3、用Marching Cubes三維重建算法實(shí)現(xiàn)了對顱骨CT圖像的三維重建，并采用二次誤差測度方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格簡化。
　　2.手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問題。針對手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中患者坐標(biāo)和手術(shù)器械方位與坐標(biāo)在不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換問題，采用四元數(shù)法表示空間坐標(biāo)系的方位信息，推導(dǎo)了空間坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)四元數(shù)的求解表達(dá)式和不同坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)合成的四元數(shù)表達(dá)式，運(yùn)用四元數(shù)的球面線性插值原理實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械在三維模型坐標(biāo)系下方位變換的平滑過渡。
　　3.

4、空間配準(zhǔn)問題。根據(jù)選取配準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)的不同方法，通過對手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中空間配準(zhǔn)的主要方法進(jìn)行比較，采用基于人體解剖標(biāo)記點(diǎn)和特征曲面的非傾入式配準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)，將配準(zhǔn)過程分為基于特征點(diǎn)的初配準(zhǔn)和基于特征曲面的精配準(zhǔn)，減少了對患者的創(chuàng)傷，提高了配準(zhǔn)精度和配準(zhǔn)速度。
　　4.內(nèi)窺鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)集成問題。基于DirectShow技術(shù)開發(fā)了內(nèi)窺鏡視頻采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)窺鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的集成，并通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證了本手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的配準(zhǔn)精度與實(shí)時跟蹤精