基于红外定位的可视化穿刺导航系统研究

发布时间：2017-08-05 07:21

  本文关键词：基于红外定位的可视化穿刺导航系统研究

  更多相关文章： 红外定位 信息可视化 穿刺导航 基于点配准

【摘要】：穿刺手术因其创伤面积小、疼痛感轻、恢复速度快、手术并发症少等优点,在病理活检、粒子植入及射频消融等经皮介入手术方面得到了广泛的临床应用。目前临床普遍采用盲穿法进行穿刺,过于依赖医生的个人经验。图像引导穿刺技术在术前评估及术中导航方面具有重要的临床意义,超声因其实时性、无辐射等优点受到了广泛的关注,但存在图像质量不理想、入针角度有限、应用场景受限等问题,并未在临床得以推广。本文针对目前临床穿刺手术中普遍存在的问题,提出了相应的解决方案,并以此为依据构建了一套基于红外定位的可视化穿刺导航系统。该系统基于VTK(Visualization Toolkit, VTK)框架对术前计算机断层成像(Computer Tomography, CT)图像进行信息解读、可视化展示与交互,并在三维场景中渲染出病人体数据与数据定义(体表标记、敏感组织、穿刺路径等),帮助医生更好地进行术前评估。术中系统使用红外定位系统对空间中的定位标记进行追踪,通过计算机实时配准,计算穿刺针与预定义穿刺路径之间的偏差,并在三维场景中渲染出穿刺针与体数据之间的相对位置关系,同时给出直观的引导信息,使医生对手术进程一目了然。为了验证基于红外定位的可视化穿刺导航系统的定位精度,我们设计了一系列的实验。实验结果表明,穿刺针在(x,y,z)三个方向上的定位精度在(0.6mm,0.6mm,0.6mm)以内,定位距离偏差小于1.Omm；系统在(x,y,z)三个方向上的定位精度在(1.0mm,1.0mm,1.5mm)以内,定位距离偏差小于2.0mm。满足临床穿刺手术定位导航的要求。最后,我们对系统定位误差进行了分析,并讨论了系统中存在的不足,以及未来研究发展的方向。
【关键词】：红外定位 信息可视化 穿刺导航 基于点配准
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN219;R446.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 符号说明8-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题背景与研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 论文主要研究内容13-15
• 1.4 论文结构15-16
• 第二章 系统构成及工作流程16-26
• 2.1 引言16-17
• 2.2 临床穿刺手术中存在的问题17-18
• 2.3 应对临床穿刺手术常见问题的解决方案18-19
• 2.4 基于红外定位的可视化穿刺导航系统工作流程19-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 可视化穿刺导航系统的关键技术研究26-56
• 3.1 引言26
• 3.2 系统搭建平台及关键技术26-37
• 3.2.1 Qt27-29
• 3.2.2 VTK29-36
• 3.2.3 ITK36-37
• 3.2.4 CTK37
• 3.3 DICOM协议37-45
• 3.3.1 起源与发展37-38
• 3.3.2 组成38-41
• 3.3.3 图像数据与元数据41-43
• 3.3.4 坐标系43-45
• 3.4 基于红外定位的配准技术45-48
• 3.4.1 参考点集的获取46
• 3.4.2 基于几何拓扑结构的配准46-47
• 3.4.3 针对穿刺手术的配准算法优化47-48
• 3.5 引导信息可视化技术48-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 实验设计与结果讨论分析56-66
• 4.1 引言56
• 4.2 实验目的56
• 4.3 实验步骤设计56-59
• 4.4 实验结果数据与讨论分析59-64
• 4.4.1 穿刺针针尖定位数据59-63
• 4.4.2 穿刺导航系统导航信息63-64
• 4.4.3 可视化穿刺导航系统定位偏差数据64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 硕士研究生期间主要工作及相关成果73-74

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本文编号：623638