机器视觉辅助超声手术导航系统研究
发布时间：2021-01-12 06:35
超声引导下的介入技术在多种疾病的治疗中都有重要应用,作为微创手术的一种,其具有精度高、手术周期短、损伤小、并发症少等优点。但在实际手术过程中,该技术存在适用范围限制,引导不能实时连续,操作不够灵活方便等问题,而现有的一些辅助超声手术导航设备也存在占用空间大、移动不够灵活、影响医生操作等缺点。针对介入手术存在的问题以及现有设备的缺点,本文提出了一种新的机器视觉辅助超声手术导航系统。该系统基于双目视觉定位技术,能够准确实时的跟踪定位手术器械,并将其空间位置信息与病灶的超声图像进行融合显示。本文主要研究工作如下:首先,提出了将双目视觉定位装置安装在超声探头上的设计思路,设计了完整的硬件系统和软件系统,其中硬件系统包括双目视觉定位装置、带标志物的手术器械、图像工作站、超声探头标定装置、超声诊断仪等。其次,设计了一种条形码式的标志物用于辅助定位手术器械,并提出了有效的标志物检测与识别算法,能够快速精准的提取标志物的特征点。另外,在“N”线模型的基础上,设计了一种超声探头标定装置,利用空间变换技术和基于罗德里格矩阵的参数求解方法,解决了手术导航系统中双目视觉定位系统坐标系与超声图像坐标系之间的变换...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美力敦公司Stealthstation
导航技术也取得了较快的发展。复旦大学、上海交通大学、北京航空航天大学圳先进技术研究院、深圳安科公司等高等院校和研究机构也研制出了一些能够床上进行使用的手术导航设备，典型的如上海复旦大学数字医学中心开发的手航系统 excel im-04，如图 1-2。该系统能够通过患者的 CT、MRI 等医学图像信建出人体的组织和病灶，然后通过红外光学定位设备跟踪定位手术器械，使医以在重建的患者病灶图像上制定手术计划，进行手术模拟和实际手术操作。但手术导航设备的核心定位装置采用的是 NDI 公司生产的 Polaris Spectra 红外光位系统。经过查阅大量文献资料，以及国家专利局与手术导航相关的专利文件前国内有关于光学定位手术导航技术的各项专利数量约为 80 件，其中又有部分些外观设计，以及标定装备、手术器械的设计专利，具有实际应用价值的整套导航系统设计数量不多，因此手术导航技术在国内还具有很大的发展空间。
5图 2-1 手术导航系统组成医学成像技术的发展与进步出现了许多种类医疗成像设备，如和超声成像等。X 射线和 CT 都具有高辐射性，会对人体造成则具有安全可靠、成像速度快、价格低等优点，因此在临床超声检查（Ultrasonic，US）的本质原理是当超声仪向人体内到达人体组织或器官的表面就会发生折射、反射以及衰减[7波发生变化。由于人体各种组织器官在结构、密度和形态等因此超声波在人体内不同部位对于不同组织器官产生的反射和不同。外科手术医生可以凭借超声图像中不同曲线、波形的
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物医用材料的3D打印技术与发展[J]. 罗文峰,杨雪香,敖宁建. 材料导报. 2016(13)
[2]基于光学定位系统的超声探头标定方法[J]. 王秀芝,李凌,郭建. 中国医疗器械杂志. 2016(02)
[3]用于增强现实手术导航系统的光学-惯性混合跟踪方法[J]. 贺长宇,刘越,王涌天. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(03)
[4]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[5]罗德里格矩阵在相机外参数初值求解中的应用[J]. 李亚云,周林根,孙海丽. 工程勘察. 2015(09)
[6]一种公共点坐标系转换中的粗差探测方法及其应用[J]. 杨福芹,戴华阳,邹定辉,杨国柱,马旺猛. 测绘通报. 2015(08)
[7]罗德里格矩阵在三维坐标转换中的应用研究[J]. 赵启龙. 北京测绘. 2014(05)
[8]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
[9]Aurora电磁跟踪系统在临床手术导航中的应用[J]. 罗伟,李珊珊,易春犍. 中国医学装备. 2014(01)
[10]一种基于光学定位的超声探头标定方法[J]. 任亮,邱天爽,郭勇. 中国生物医学工程学报. 2013(05)
博士论文
[1]双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D]. 罗桂娥.中南大学 2012
[2]基于三维超声图像的穿刺手术机器人辅助系统研究[D]. 孙银山.哈尔滨工业大学 2011
[3]红外手术导航仪关键技术研究[D]. 马文娟.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]基于双目视觉三维测量技术的研究与应用[D]. 阳军连.大连理工大学 2014
[2]基于双目视觉的图像三维重建[D]. 马林.山东大学 2008
本文编号：2972352
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美力敦公司Stealthstation
导航技术也取得了较快的发展。复旦大学、上海交通大学、北京航空航天大学圳先进技术研究院、深圳安科公司等高等院校和研究机构也研制出了一些能够床上进行使用的手术导航设备，典型的如上海复旦大学数字医学中心开发的手航系统 excel im-04，如图 1-2。该系统能够通过患者的 CT、MRI 等医学图像信建出人体的组织和病灶，然后通过红外光学定位设备跟踪定位手术器械，使医以在重建的患者病灶图像上制定手术计划，进行手术模拟和实际手术操作。但手术导航设备的核心定位装置采用的是 NDI 公司生产的 Polaris Spectra 红外光位系统。经过查阅大量文献资料，以及国家专利局与手术导航相关的专利文件前国内有关于光学定位手术导航技术的各项专利数量约为 80 件，其中又有部分些外观设计，以及标定装备、手术器械的设计专利，具有实际应用价值的整套导航系统设计数量不多，因此手术导航技术在国内还具有很大的发展空间。
5图 2-1 手术导航系统组成医学成像技术的发展与进步出现了许多种类医疗成像设备，如和超声成像等。X 射线和 CT 都具有高辐射性，会对人体造成则具有安全可靠、成像速度快、价格低等优点，因此在临床超声检查（Ultrasonic，US）的本质原理是当超声仪向人体内到达人体组织或器官的表面就会发生折射、反射以及衰减[7波发生变化。由于人体各种组织器官在结构、密度和形态等因此超声波在人体内不同部位对于不同组织器官产生的反射和不同。外科手术医生可以凭借超声图像中不同曲线、波形的
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物医用材料的3D打印技术与发展[J]. 罗文峰,杨雪香,敖宁建. 材料导报. 2016(13)
[2]基于光学定位系统的超声探头标定方法[J]. 王秀芝,李凌,郭建. 中国医疗器械杂志. 2016(02)
[3]用于增强现实手术导航系统的光学-惯性混合跟踪方法[J]. 贺长宇,刘越,王涌天. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(03)
[4]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[5]罗德里格矩阵在相机外参数初值求解中的应用[J]. 李亚云,周林根,孙海丽. 工程勘察. 2015(09)
[6]一种公共点坐标系转换中的粗差探测方法及其应用[J]. 杨福芹,戴华阳,邹定辉,杨国柱,马旺猛. 测绘通报. 2015(08)
[7]罗德里格矩阵在三维坐标转换中的应用研究[J]. 赵启龙. 北京测绘. 2014(05)
[8]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
[9]Aurora电磁跟踪系统在临床手术导航中的应用[J]. 罗伟,李珊珊,易春犍. 中国医学装备. 2014(01)
[10]一种基于光学定位的超声探头标定方法[J]. 任亮,邱天爽,郭勇. 中国生物医学工程学报. 2013(05)
博士论文
[1]双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D]. 罗桂娥.中南大学 2012
[2]基于三维超声图像的穿刺手术机器人辅助系统研究[D]. 孙银山.哈尔滨工业大学 2011
[3]红外手术导航仪关键技术研究[D]. 马文娟.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]基于双目视觉三维测量技术的研究与应用[D]. 阳军连.大连理工大学 2014
[2]基于双目视觉的图像三维重建[D]. 马林.山东大学 2008
本文编号：2972352
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