应用于远程手术导航的原位投影与荧光深度影像技术研究
发布时间：2022-01-23 19:01
手术导航系统整合了医学影像和计算机科学等领域的先进技术,在现代外科手术中起着越来越重要的作用。但是,针对不同的临床需求仍然还有不少地方需要拓展和进一步研发,如当前外科手术导航系统尚未能实现低成本的精准远程医疗;不少便携式导航系统,比如光学影像导航,不能提供深度信息等。针对当前手术导航系统中存在的不足,本文研究了手术导航中的原位投影和深度导航两大关键技术问题,搭建了两套手术导航模组,并且实验验证了它们的临床可行性和技术可靠性。这两套手术导航模组采用分别搭建又有机统一的研究方法,最终将整合到一套导航系统中,为远程外科手术提供便携精准的光学影像指导,为远程医疗和个性化治疗开辟了新的思路,具有重要的临床意义和研究价值。论文的主要研究内容如下:（1）我们研究了交互式远程控制的同轴原位投影手术导航技术。该技术将本地手术的实时场景通过无线通信传输到远程指导端,同时将远程端的指导性标注实时回传并原位显示在手术区域,在300 mm到500 mm的工作距离下实现了优于1 mm的位置导航精度。在实验测试方面,我们设计了远程指导的兔子环甲膜切开手术和气管插管手术以及用于远程教学的兔子解剖教学实验,验证了系统的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２基于视频会议的远程手术导航系统
?，邊??图１．２基于视频会议的远程手术导航系统。（ａ）远程端为大学医院的调度中心。屏幕设??置，包括患者视图，生物参数和最终放射图像；（ｂ）本地端为本地医院，正在进行高级创??伤生命支持（ＡＴＬＳ）模拟手术练习。配图来自参考文献Ｍ??然而，先前的手术导航和远程控制系统具有各种限制，例如：远程的图形图??像重建技术不成熟，导致图像分辨率低、颜色失真等问题，阻碍了它们广泛的临??床应用［３８］。此外，目前远程控制的手术导航系统使用监视器来显示手术图像和指??令，这样在远程指导的外科手术期间，本地操作的手术医生必须在手术区域和监??视器之间切换他／她的视线以遵循指示。这种操作模式不仅浪费宝贵的手术时间，??而且还由于手术区域和监视器显示器之间的不匹配而引起可能的位置误差。为了??解决这个问题，一些团队尝试结合增强现实技术实现手术场景和远程指令的位置??融合［３５：。然而
１．２．３荧光影像导航的研究进展??荧光影像技术使用光学影像系统检测荧光物质在被激发后产生的荧光信号??强度，从而实现对生物组织分子特性的高分辨率和高灵敏度检测，如下图１．４所??示。荧光影像己经在外科手术领域得到广泛的应用［４１：，如癌症切除的术中影像指??导［４２］。用于荧光影像的常见荧光物质包括自体荧光分子以及人工添加的荧光标记??两大类。第二类荧光标记在准确检测组织恶性肿瘤和有效指导手术方面发挥了关??键作用。在己知的各种荧光标记中，吲哚菁绿（ＩＣＧ）和亚甲基蓝（ＭＢ）是美国??食品和药物管理局（ＦＤＡ）批准的临床荧光造影剂［４３’４４：。??ＶＮｉＲ?Ｓｕｒｇｅｏｎ＇ｓ?ｄｉｓｐｌａｙ??ｃａｍｅｒａ?Ｃｏｌｏｕｒ－ＮＩＲ?ｍｅｒｇｅ??ｙ－■－———＂＊？＂?．——??今??Ｃｏｌｏｕｒ?ｖｉｄｅｏ??，ＮＩＲ?ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ?：?．ｃａｍｅｒａ?ｉ、?＾?一??？ｙＬＥＤ，?ｌａｓｅｒ）?；?ｙ?（ｏｐｔｒａｎａｊ??Ｖｉｓｉｂｌｅ?ｌｉｇｈｔ?％?＾?Ｖ？ｍ｜ｇ?ｈ?—???（ｏｐｔｉｏｎａｌ）?／?；??ｊ?ｃｏｉｔｉｏｎ??＇＇Ｉ－＾?１??Ｉ?ｃｏｎｔｒａｓｔ?ａｇｅｎｔ?Ｗｏｒｋｉｎｇ??！?（ａｄｍｉｎｉｓｔｅｒｅｄ?ｉｎｔｒａｖｅｎｏｕｓｌｙ?ｄｉｓｔａｎｃｅ??？?ｉｎ?ｔｈｉｓ?ｄｉａｇｒａｍ）??Ｍ?／??Ｔａｒｇｅｔ?—?Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ?ｓｕｒｇｉｃａｌ?ｆｉｅｌｄ??图１．４荧光成像原理示意图。配图来自参考文献ｗ］??目前用于手术导航的荧光影像产品大多不提供具有深度信息的三维荧光图??像。近年来的一些研宄
【参考文献】：
期刊论文
[1]手术导航系统的研究现状与发展趋势[J]. 裴大婷,黄德群,陈军,张佳泳. 临床医学工程. 2017(09)
[2]小腿骨筋膜室综合征四室或二室切开减压术的临床分析[J]. 田芙蓉,李崇杰. 中国民康医学. 2014(15)
[3]CIE94 CIEDE2000色差公式均匀性分析[J]. 黄敏,刘浩学,徐艳芳,廖宁放,罗永道. 包装工程. 2006(06)
[4]复旦大学研发成功高精度神经外科手术导航系统[J]. 王镭. 中小企业科技. 2006(05)
[5]手术导航系统在骨科手术中的应用[J]. 王伟. 中国医疗器械信息. 2004(04)
[6]CIE均匀颜色空间与色差公式的应用[J]. 刘浩学. 北京印刷学院学报. 2003(03)
[7]手术导航的新进展和应用前景[J]. 周振环,陈思平,陶笃纯. 中国医疗器械信息. 2002(03)
博士论文
[1]影像引导下计算机辅助介入手术导航关键技术的研究[D]. 翟伟明.清华大学 2010
硕士论文
[1]红外手术导航仪的高精度定位理论与方法[D]. 郑银强.上海交通大学 2009
本文编号：3604979
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２基于视频会议的远程手术导航系统
?，邊??图１．２基于视频会议的远程手术导航系统。（ａ）远程端为大学医院的调度中心。屏幕设??置，包括患者视图，生物参数和最终放射图像；（ｂ）本地端为本地医院，正在进行高级创??伤生命支持（ＡＴＬＳ）模拟手术练习。配图来自参考文献Ｍ??然而，先前的手术导航和远程控制系统具有各种限制，例如：远程的图形图??像重建技术不成熟，导致图像分辨率低、颜色失真等问题，阻碍了它们广泛的临??床应用［３８］。此外，目前远程控制的手术导航系统使用监视器来显示手术图像和指??令，这样在远程指导的外科手术期间，本地操作的手术医生必须在手术区域和监??视器之间切换他／她的视线以遵循指示。这种操作模式不仅浪费宝贵的手术时间，??而且还由于手术区域和监视器显示器之间的不匹配而引起可能的位置误差。为了??解决这个问题，一些团队尝试结合增强现实技术实现手术场景和远程指令的位置??融合［３５：。然而
１．２．３荧光影像导航的研究进展??荧光影像技术使用光学影像系统检测荧光物质在被激发后产生的荧光信号??强度，从而实现对生物组织分子特性的高分辨率和高灵敏度检测，如下图１．４所??示。荧光影像己经在外科手术领域得到广泛的应用［４１：，如癌症切除的术中影像指??导［４２］。用于荧光影像的常见荧光物质包括自体荧光分子以及人工添加的荧光标记??两大类。第二类荧光标记在准确检测组织恶性肿瘤和有效指导手术方面发挥了关??键作用。在己知的各种荧光标记中，吲哚菁绿（ＩＣＧ）和亚甲基蓝（ＭＢ）是美国??食品和药物管理局（ＦＤＡ）批准的临床荧光造影剂［４３’４４：。??ＶＮｉＲ?Ｓｕｒｇｅｏｎ＇ｓ?ｄｉｓｐｌａｙ??ｃａｍｅｒａ?Ｃｏｌｏｕｒ－ＮＩＲ?ｍｅｒｇｅ??ｙ－■－———＂＊？＂?．——??今??Ｃｏｌｏｕｒ?ｖｉｄｅｏ??，ＮＩＲ?ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ?：?．ｃａｍｅｒａ?ｉ、?＾?一??？ｙＬＥＤ，?ｌａｓｅｒ）?；?ｙ?（ｏｐｔｒａｎａｊ??Ｖｉｓｉｂｌｅ?ｌｉｇｈｔ?％?＾?Ｖ？ｍ｜ｇ?ｈ?—???（ｏｐｔｉｏｎａｌ）?／?；??ｊ?ｃｏｉｔｉｏｎ??＇＇Ｉ－＾?１??Ｉ?ｃｏｎｔｒａｓｔ?ａｇｅｎｔ?Ｗｏｒｋｉｎｇ??！?（ａｄｍｉｎｉｓｔｅｒｅｄ?ｉｎｔｒａｖｅｎｏｕｓｌｙ?ｄｉｓｔａｎｃｅ??？?ｉｎ?ｔｈｉｓ?ｄｉａｇｒａｍ）??Ｍ?／??Ｔａｒｇｅｔ?—?Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ?ｓｕｒｇｉｃａｌ?ｆｉｅｌｄ??图１．４荧光成像原理示意图。配图来自参考文献ｗ］??目前用于手术导航的荧光影像产品大多不提供具有深度信息的三维荧光图??像。近年来的一些研宄
【参考文献】：
期刊论文
[1]手术导航系统的研究现状与发展趋势[J]. 裴大婷,黄德群,陈军,张佳泳. 临床医学工程. 2017(09)
[2]小腿骨筋膜室综合征四室或二室切开减压术的临床分析[J]. 田芙蓉,李崇杰. 中国民康医学. 2014(15)
[3]CIE94 CIEDE2000色差公式均匀性分析[J]. 黄敏,刘浩学,徐艳芳,廖宁放,罗永道. 包装工程. 2006(06)
[4]复旦大学研发成功高精度神经外科手术导航系统[J]. 王镭. 中小企业科技. 2006(05)
[5]手术导航系统在骨科手术中的应用[J]. 王伟. 中国医疗器械信息. 2004(04)
[6]CIE均匀颜色空间与色差公式的应用[J]. 刘浩学. 北京印刷学院学报. 2003(03)
[7]手术导航的新进展和应用前景[J]. 周振环,陈思平,陶笃纯. 中国医疗器械信息. 2002(03)
博士论文
[1]影像引导下计算机辅助介入手术导航关键技术的研究[D]. 翟伟明.清华大学 2010
硕士论文
[1]红外手术导航仪的高精度定位理论与方法[D]. 郑银强.上海交通大学 2009
本文编号：3604979
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