基于图像的针体挠曲及轨迹规划

发布时间：2022-12-18 21:30

　　微创手术在最近几年得到了的极大的发展,随着经皮针穿刺在越来越多的手术中发挥作用,对穿刺针精度的要求也越来越高。同时也要求对穿刺针的路径进行更加精准的规划,对穿刺针在组织内部的运动规律分析的更加透彻。本文针对以下几个方面进行了研究:首先,假设穿刺针的挠曲轨迹为固定半径的圆弧,基于这种特性,对穿刺针所能到达的区域进行了分析,并建立从针尖至针尾部的坐标变换方程,实现了穿刺针的姿态与位置描述。对穿刺针轨迹进行提取,建立半径拟合模型,对提取出的穿刺针轨迹坐标点进行分析,拟合出针体的弯曲半径值。其次,使用6种不同的穿刺针进行穿刺实验,被穿刺组织分为PVA假体组织与动物组织两种,每种实验又分为抽芯与未抽芯两种情况。搭建实验平台对穿刺过程进行图像采集,使用MATLAB对图像进行预处理针体轨迹增强等操作,并完成半径拟合模型的算法。在MATLAB中建立GUI界面,缩减数据处理过程中的操作流程,并使整个过程更加可视化。最终,设计实验对PVA假体与动物组织进行无偏转的穿刺实验,对实验图像进行半径拟合,统计并分析6种不同的穿刺针在两种组织下的偏转半径。在无偏转实验的基础上增加一次偏转实验,并使用半径拟和模型对穿... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究的背景及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 针体路径规划算法
        1.3.2 国内外穿刺设备
        1.3.3 超声图像中穿刺针检测
    1.4 课题的主要研究内容
    1.5 论文的创新点
第2章 穿刺针路径规划算法及半径拟合模型
    2.1 引言
    2.2 介入式柔性斜角穿刺针
    2.3 穿刺针路径规划算法
        2.3.1 穿刺针特性分析及假设
        2.3.2 穿刺针可达位置分析
        2.3.3 模型的建立
    2.4 半径拟合模型
    2.5 本章小结
第3章 图像采集及处理
    3.1 引言
    3.2 图像采集
        3.2.1 PVA假体实验
            3.2.1.1 CCD相机镜头矫正
            3.2.1.2 实验设备及假体制备
        3.2.2 动物组织实验
            3.2.2.1 实验设备
    3.3 图像预处理
        3.3.1 CCD图像预处理
        3.3.2 超声图像预处理
    3.4 软件界面与功能实现
        3.4.1 图像处理GUI界面布局
        3.4.2 软件功能实现
    3.5 本章小结
第4章 路径规划算法验证
    4.1 引言
    4.2 半径拟合模型评估
        4.2.1 半径拟合模型的准确性评估
        4.2.2 半径拟合模型的稳定性评估
            4.2.2.1 PVA假体实验
            4.2.2.2 动物组织实验
    4.3 路径规划算法验证
        4.3.1 轨迹对比流程
        4.3.2 实验验证
            4.3.2.1 PVA假体实验
            4.3.2.2 动物组织实验
        4.3.3 轨迹规划算法误差分析
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
作者简历
    一、 基本情况
    二、 学习工作经历
    三、 发表论文
    四、 科研项目情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于几何逼近法的斜尖柔性穿刺针运动学研究[J]. 高德东,李强,雷勇,徐飞,白辉全.  浙江大学学报(工学版). 2017(04)
[2]基于图像形态学的软组织变形测量方法研究[J]. 白辉全,高德东,王珊,李强,郑浩峻.  图学学报. 2015(05)
[3]基于多目标粒子群优化算法的斜尖柔性针穿刺路径规划[J]. 霍本岩,赵新刚,韩建达,徐卫良.  机器人. 2015(04)
[4]针穿刺软组织实验假体的制备与选择[J]. 朱侗,高德东,赵广伟.  科技视界. 2015(17)
[5]医疗机器人技术发展综述[J]. 倪自强,王田苗,刘达.  机械工程学报. 2015(13)
[6]医疗机器人的手术应用研究[J]. 郑海洋,马磊,张译寒,杨璐,雷应波.  装备制造技术. 2013(09)
[7]穿刺软组织中针的受力形变仿真和偏差分析[J]. 赵呈涛,曾庆军,刘海霞.  科学技术与工程. 2012(11)
[8]基于虚拟弹簧模型的柔性针穿刺仿真研究[J]. 高德东,郑浩峻,姚望,何锐.  计算机工程. 2010(18)
[9]柔性针的运动学建模及实验研究[J]. 赵燕江,张永德,邵俊鹏.  机器人. 2010(05)
[10]用于神经外科手术的磁共振图像导航机器人的兼容性研究[J]. 洪在地,贠超,赵磊.  机器人. 2009(03)

硕士论文
[1]超声引导下的针穿刺图像穿刺针定位与跟踪的研究[D]. 徐飞.青海大学 2018
[2]机器人辅助针穿刺稳定性分析及路径规划[D]. 李强.青海大学 2016



本文编号：3722800