基于CT图像的机器人辅助椎板减压手术规划方法研究

发布时间：2021-05-11 01:12

　　椎板减压术需要脊柱外科医生手持骨钻剔除病灶区椎板,缓解被压迫神经的压力。椎板减压术是风险高、难度大的外科手术之一,对医生要求很高,需要医生有高深的手术技巧、强大的心理素质、时刻饱满的精神状态。然而,随着社会老龄化加快,脊柱疾病发病率日趋上升,技巧型、经验型脊柱外科医生严重不足。相比于医生徒手操作,脊柱手术机器人拥有定位更准、运动更稳、操作更精等优点;此外,脊柱CT图像含有丰富的医疗信息,使用计算机分析、处理图像后,可以判定病变位置并进行手术规划,克服人工识别易受主观经验、环境变化等内外部因素影响的弊端。本文将基于CT图像完成机器人辅助的椎板减压手术规划,下面将从脊柱CT图像语义分割、基于BEGAN的脊柱CT图像椎孔修复、椎板减压手术规划等三个方面依次展开介绍。针对CT图像中除脊柱外的背景区域会影响后续图像分类、修复、手术规划等所有工作的问题,采取图像语义分割来提取目标区域。首先采用水平集法与MATLAB手工制作数据集法相结合创建U-net训练数据集,然后分别搭建U-net二值与三值语义分割模型,对其进行训练、验证与测试,不断优化网络性能,为后续图像修复与手术规划打下基础。同时,基于移动... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：93 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 研究背景和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 脊柱手术辅助机器人系统国内外研究现状
        1.3.2 CT图像分割国内外研究现状
        1.3.3 图像语义修复国内外研究现状
        1.3.4 基于CT图像手术规划方法国内外研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 脊柱CT图像语义分割
    2.1 引言
    2.2 基于水平集的CT图像分割
    2.3 基于U-net的 CT图像语义分割
        2.3.1 U-net网络模型搭建
        2.3.2 U-net训练数据集建立与模型训练
    2.4 基于移动立方体算法的三维重建
    2.5 本章小结
第3章 基于BEGAN的脊柱CT图像椎孔修复
    3.1 引言
    3.2 基于ResNet的椎孔分类
        3.2.1 ResNet网络模型搭建
        3.2.2 ResNet数据集建立与网络模型训练
    3.3 搭建BEGAN椎孔修复模型
        3.3.1 BEGAN数据集建立
        3.3.2 BEGAN模型搭建与训练
    3.4 基于BEGAN的椎孔修复及椎管提取
        3.4.1 标记椎孔待修复区域
        3.4.2 椎孔修复与椎管提取
    3.5 本章小结
第4章 基于CT图像的椎板减压手术规划
    4.1 前言
    4.2 椎板减压手术路径规划
        4.2.1 椎板的离散表达
        4.2.2 手术路径规划
    4.3 椎板减压手术骨钻磨削姿态规划
        4.3.1 基于最小二乘椭圆拟合算法的棘突二维姿态确定
        4.3.2 骨钻磨削三维姿态估计
    4.4 椎板减压手术速度规划
        4.4.1 虚拟力映射
        4.4.2 基于动力学的速度映射
    4.5 本章小结
第5章 机器人系统设计与椎板磨削实验
    5.1 前言
    5.2 机器人操作平台设计
        5.2.1 机器人硬件平台搭建
        5.2.2 机器人软件平台搭建
    5.3 椎板磨削实验
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3180424