机器人辅助脊柱椎板减压手术影像交互与恒力切削控制研究

发布时间：2022-01-10 22:23

　　现有的脊柱微创手术存在严重依赖医生经验,学习周期长等问题,无法快速大规模推广和快速更新使用新手术器械等问题。手术机器人具有稳定性好,可靠性高,容易交互,精度高等优点,可以辅助医生实现高精细的脊柱椎板减压手术操作,提高手术的成功率。本课题以实现面对脊柱微创手术机器人辅助脊柱椎板减压技术为目标,重点研究二维CT医疗影像的信息区域自动分割、人机交互技术下的影像系统的操作方法和动态环境下脊柱生理运动补偿控制。旨在解决脊柱微创外科手术中的术前人工分割医疗图像效率低、现有电子设备操作复杂且无法无菌操作和手中呼吸作用影响下的力位控制问题。本文基于卷积神经网络,提出了脊柱CT图像的分割与重建的方法。对原始图像进行了图像增强的预处理步骤,提高了图片的可识别度。使用李纯明水平集进行数据集的构建,减小了医生手动标注的难度和学习周期,并在此基础上使用U-Net分割网络的衍生网络进行椎骨CT影像的分割处理,根据分割后的结果对目标脊柱进行重建。基于人机交互的方式,提出了医学影像系统的非接触式操作方法。针对特定的使用场景,在单双指特征的基础上进行了改进,提出了三维手指指尖特征。提高了手势的可区分度,使用体感传感器进... 

【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】：76 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 课题研究的背景与意义
    1.3 骨科手术机器人及其相关技术的发展概况
        1.3.1 骨科手术机器人的国内外发展
        1.3.2 医疗影像处理技术研究现状
        1.3.3 人机交互技术研究现状
        1.3.4 恒力控制研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 基于深度学习的脊柱CT影像的分割与重建
    2.1 引言
    2.2 常见分割算法分析
        2.2.1 医学影像的特点
        2.2.2 常见医学分割算法对比
    2.3 CT数据集预处理
        2.3.1 CT影像的灰度变换增强
        2.3.2 CT影像的锐化滤波
    2.4 基于水平集分割的数据集构建
    2.5 基于卷积神经网络的CT影像分割
        2.5.1 自动分割网络模型设计
        2.5.2 批标准化处理
        2.5.3 结果分析
    2.6 基于面绘制的三维模型重建
    2.7 本章小结
第3章 基于人机交互技术的医疗图像操作方法
    3.1 引言
    3.2 体感特征的分析与提取
        3.2.1 常见体感特征对比
        3.2.2 单双指特征
        3.2.3 改进的三维手指特征
    3.3 分类器模型设计
        3.3.1 基于隐条件随机场动态手势识别
        3.3.2 基于模板匹配的静态手势识别
        3.3.3 分类器框架设计
    3.4 动态手势识别实验与结果分析
        3.4.1 动态手势采集
        3.4.2 手势识别结果分析
    3.5 手势与影像系统的交互设计
    3.6 本章小结
第4章 基于主被动控制的恒力切削系统设计
    4.1 引言
    4.2 需求分析
    4.3 被动柔顺机构设计
    4.4 基于模糊控制的控制器设计
    4.5 恒力切削实验设计
        4.5.1 实验平台的搭建
        4.5.2 实验器材与原料准备
    4.6 模拟超声骨刀实验与结果分析
    4.7 高速骨钻实验与结果分析
        4.7.1 高速骨钻实验场景设定
        4.7.2 高速骨钻实验结果
    4.8 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：3581526