心血管植入物手术导航系统设计与模型实验

作     者：梁永峰 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾力栩

授予年度：2016年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 10[医学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：手术导航系统 心血管植入物 空间配准 模型实验 

摘      要：随着计算机科学和医学的迅速发展,计算机辅助手术导航已成为现代手术的热点。近年来,由于患有心血管疾病人数的增多和死亡率的不断提高,心血管疾病已经成为人类健康的头号杀手。目前经导管心血管植入物作为治疗心血管疾病的新型治疗方式,有着很好的治疗效果。但是传统的心血管植入物手术依赖X射线引导,这种方法对医生和患者的身体健康有着不利的影响,并且X射线成像只能提供二维的图像信息,不能为心血管植入物手术提供一个直观的引导。因此,找到一种有效、无害的心血管植入物手术的引导方式显得尤为重要。经过查阅资料和各方面综合考虑,我们最终决定采用电磁定位的手术导航引导方式来进行手术引导。本文的具体研究内容包括以下几点:(1)本文通过参考其他已有的导航系统,并根据心血管植入物手术的特点,设计并实现了一个计算机辅助经导管心血管植入物的手术导航系统。通过对几种不同的立体定位技术的对比,本研究选取了NDI公司生产的Aurora电磁定位设备。系统运用了医学可视化平台VTK,以及手术导航应用系统软件开发包Atamai;在系统架构方面借鉴网络OSI七层模型中的相关经验,采用多架构技术,使得系统具有很清晰的层次性。(2)对导航系统所用到的关键技术进行了研究。关于三维可视化方面本研究采用的是体绘制的方法,并且对空间配准技术进行了重点研究。空间配准是手术导航系统最为核心的部分,它直接决定着手术导航系统的精度,决定着手术的精确性。在考虑了各种不同的空间配准算法的有效性、稳定性和计算复杂度,以及实际工程开发的周期、成本等各方面因素后,本研究采用了基于点配准的空间配准算法,并对系统的配准精度做了测试,最后对配准特征点的选取做了研究。(3)为了验证导航系统的可行性和准确性设计了模型实验。实验的前期工作是对实验的硬件进行设计,这也是模型实验的关键部分,例如离体模型的设计制作和导管中传感器的正确焊接以及导管和导航仪的连接通信。然后测量实验误差,通过对实验误差的分析,从而得出导航系统的精度,并进行了相关讨论。