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机器视觉辅助超声手术导航系统研究

机器视觉辅助超声手术导航系统研究

作者：谢健华中科技大学

学位级别：硕士

超声引导下的介入技术在多种疾病的治疗中都有重要应用,作为微创手术的一种,其具有精度高、手术周期短、损伤小、并发症少等优点。但在实际手术过程中,该技术存在适用范围限制,引导不能实时连续,操作不够灵活方便等问题,而现有的一些辅... 详细信息

超声引导下的介入技术在多种疾病的治疗中都有重要应用,作为微创手术的一种,其具有精度高、手术周期短、损伤小、并发症少等优点。但在实际手术过程中,该技术存在适用范围限制,引导不能实时连续,操作不够灵活方便等问题,而现有的一些辅助超声手术导航设备也存在占用空间大、移动不够灵活、影响医生操作等缺点。针对介入手术存在的问题以及现有设备的缺点,本文提出了一种新的机器视觉辅助超声手术导航系统。该系统基于双目视觉定位技术,能够准确实时的跟踪定位手术器械,并将其空间位置信息与病灶的超声图像进行融合显示。本文主要研究工作如下:首先,提出了将双目视觉定位装置安装在超声探头上的设计思路,设计了完整的硬件系统和软件系统,其中硬件系统包括双目视觉定位装置、带标志物的手术器械、图像工作站、超声探头标定装置、超声诊断仪等。其次,设计了一种条形码式的标志物用于辅助定位手术器械,并提出了有效的标志物检测与识别算法,能够快速精准的提取标志物的特征点。另外,在“N”线模型的基础上,设计了一种超声探头标定装置,利用空间变换技术和基于罗德里格矩阵的参数求解方法,解决了手术导航系统中双目视觉定位系统坐标系与超声图像坐标系之间的变换问题。最后,研制了手术导航系统的样机,并对样机的多项性能指标进行了实验测试和模拟的穿刺手术实验。实验结果表明本文研究的手术导航系统定位误差在1mm以内,空间位置信息更新频率为123Hz,具有良好的定位精度、稳定性以及实时性,满足医学手术导航的要求。

关键词：超声介入技术手术导航系统机器视觉定位标志物超声标定

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手术导航系统及其在骨科中的应用

广东医学 2005年第2期26卷 143-144页

作者：徐林北京中医药大学东直门医院骨科中心北京100027

导航技术被广泛应用于交通、探险、军事、勘探等许多领域.随着计算机技术的不断发展,特别是计算机图形技术的飞速进展,出现了计算机辅助外科(computer assisted surgery,CAS)这一崭新领域.由于计算机辅助外科是将空间三维立体导航技术... 详细信息

导航技术被广泛应用于交通、探险、军事、勘探等许多领域.随着计算机技术的不断发展,特别是计算机图形技术的飞速进展,出现了计算机辅助外科(computer assisted surgery,CAS)这一崭新领域.由于计算机辅助外科是将空间三维立体导航技术、计算机图像处理及三维可视化技术与临床手术结合起来,又被称作计算机辅助导航外科.简单地说导航技术可以利用信号传输和接收发射器的位置,通过计算机计算出各位置点的数据,得出所需的各种曲线和角度,使无形的和虚拟的人体各种参数转变成直接的和动画的图像,1986年美国的Roberts率先在神经外科应用手术导航系统,他将CT图像于手术显微镜结合,利用超声定位引导手术,在临床获得成功.近年来,CAS最为活跃的领域为骨科.CAOS已经涉及脊柱外科、关节外科、创伤外科、骨肿瘤和矫形外科.其中,导航系统在脊柱外科和关节外科取得了突飞猛进的发展.计算机辅助骨科导航手术(computer assisted orthopedics surgery,CAOS)有可能成为未来骨科手术的首选方案.……

关键词：手术导航系统骨科临床应用计算机图形技术

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手术导航系统在口腔颌面外科中的应用

国际口腔医学杂志 2008年第4期35卷 447-449页

作者：高超汤炜田卫东四川大学华西口腔医院创伤整形外科四川成都610041

手术导航系统作为现代影像技术、立体定向技术、电子计算机技术和人工智能技术相结合的产物,近年来得到了迅速的发展和应用。本文就手术导航系统的概念和基本原理、发展情况、在口腔颌面外科中的应用等方面作一综述。

关键词：手术导航系统计算机辅助外科口腔颌面外科微创外科

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心血管植入物手术导航系统设计与模型实验

心血管植入物手术导航系统设计与模型实验

作者：梁永峰河北大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：手术导航系统心血管植入物空间配准模型实验

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四元数在手术导航系统中的应用

东北大学学报（自然科学版） 2005年第1期26卷 21-24页

作者：杨轶璐徐心和东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110004

探讨了四元数作为表现旋转的可选择方法之一,其在手术导航系统中的应用·分析了在不同坐标系中定位必然涉及的坐标系之间映射变换·从理论上研究了四元数在手术导航定位系统坐标映射变换以及在手术导航空间配准中应用的问题,并给出了具... 详细信息

探讨了四元数作为表现旋转的可选择方法之一,其在手术导航系统中的应用·分析了在不同坐标系中定位必然涉及的坐标系之间映射变换·从理论上研究了四元数在手术导航定位系统坐标映射变换以及在手术导航空间配准中应用的问题,并给出了具体的仿真结果·结果表明,将四元数法应用于手术导航系统中,成功地解决了手术导航系统的两大技术难题空间配准和定位问题,在自行设计和实际开发的手术导航模体演示系统NEU IGSS中,得到了成功的应用·

关键词：四元数手术导航系统齐次坐标映射变换旋转矩阵配准

基于HoloLens的增强现实手术导航系统研究

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北京生物医学工程 2020年第3期39卷 244-250页

作者：于德旺王殊轶姜陶然陈俊丁竹谷雯雪上海理工大学医疗器械与食品学院上海200093 上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科上海200011

目的开发基于HoloLens的AR手术导航系统,分析影响此系统误差的因素,定量探究各个因素对误差的影响程度,为降低此类导航系统的误差明确侧重点。方法以Unity3D为开发平台开发的手术导航系统实现了3种三维注册方法:基于识别图三维注册、三... 详细信息

目的开发基于HoloLens的AR手术导航系统,分析影响此系统误差的因素,定量探究各个因素对误差的影响程度,为降低此类导航系统的误差明确侧重点。方法以Unity3D为开发平台开发的手术导航系统实现了3种三维注册方法:基于识别图三维注册、三点注册和手动注册。从人因工程的角度出发,结合临床医生手术操作行为、HoloLens性能和临床使用环境三方面分析影响误差的可能因素,即三维注册方法、头部转动、周围人数和观测角度。将这些因素设置为3个水平,设计正交实验验证并测量不同因素、不同水平下每次实验的误差大小,通过方差分析确定影像程度是否显著。结果导航系统3种注册方法平均误差值为4.16 mm,4个因素产生的误差量分别为3.88 mm、0.91 mm、4.77 mm和3.38 mm。结论系统能够实现导航功能但存在一定误差,误差影响程度由大到小依次为头部转动、三维注册方法、周围人数和观测角度,其中头部转动和三维注册方法具有显著性影响。本研究可为基于HoloLens的AR手术导航系统误差的降低和交互方式的设计提供新的思路。

关键词： HoloLens 手术导航系统增强现实误差影响因素人因工程

1分钟完成肺炎自动标注为手术提供“导航系统” 001

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框架式计算机辅助胫骨髓内钉远端锁定手术导航系统的初步报告

黑龙江日报

作者：彭溢王莹

新冠疫情期间，拓盟科技公司“火了”，其成功研发的肺炎自动标注与精准定量分析系统，60秒内就可以实现肺炎的自动标注与精准定量分析，已在哈医大一院、牡丹江医学院附属红旗医院等12家医院应用推广。有人说，黑龙江拓盟科技有限公司... 详细信息

新冠疫情期间，拓盟科技公司“火了”，其成功研发的肺炎自动标注与精准定量分析系统，60秒内就可以实现肺炎的自动标注与精准定量分析，已在哈医大一院、牡丹江医学院附属红旗医院等12家医院应用推广。有人说，黑龙江拓盟科技有限公司研发的三维可视化手术导航系统是让“?

关键词：混合现实自动标注手术导航系统

来源： cnki报纸评论

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cnki报纸

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中华骨科杂志 2005年第3期25卷 148-154页

作者：王军强赵春鹏王满宜苏勇刚胡磊孙磊张力丹刘文勇张辉高翌飞王田苗北京积水潭医院创伤骨科 100035 北京航空航天大学机器人研究所北京市创伤骨科研究所

目的研制框架式计算机辅助胫骨带锁髓内钉远端锁定手术导航系统,观察并评价其临床应用的可行性、规律及效果。方法系统由计算机(普通PC机)、自动机械臂导航框架、小腿固定托、定位器械(定位弓、定位套筒、定位手术刀柄)组成。自行研发... 详细信息

目的研制框架式计算机辅助胫骨带锁髓内钉远端锁定手术导航系统,观察并评价其临床应用的可行性、规律及效果。方法系统由计算机(普通PC机)、自动机械臂导航框架、小腿固定托、定位器械(定位弓、定位套筒、定位手术刀柄)组成。自行研发的导航软件可完成手术所需要的X线图像的注册、定位工具的遥操作实时导航。临床应用于21例闭合胫、腓骨骨折带锁髓内钉内固定手术的远端锁定操作(42个锁孔)。患者平均年龄31岁。记录远端锁孔图像注册、“C”型臂X线机对位和两幅X线图像的获取并传输至电脑所需要的时间,计算机辅助钻孔的时间,获取两幅X线图像的时间。结果42个锁孔,除1孔第一次锁定失败外(2.38%),其余均一次成功,其中9例钻头触及锁定孔道(21.95%),但未损毁髓内钉及钻头,无副损伤。每对远端锁孔锁定所需X线透视平均时间为(2.23±0.31)s。结论系统设计合理、简单,导航工具不影响现有手术空间,符合医生的操作习惯,易于术者掌握、维护,设备消毒方便。导航定位精度高,可作为计算机辅助骨科手术中精确立体定位的技术平台,锁定过程中只需要两幅计算机校准的X线影像,术中X线照射时间显著减少。系统研发成本较低,适用于各厂家、各型号的髓内钉,具有通用性,便于推广。

关键词：髓内钉临床应用计算机辅助 X线图像胫骨手术导航系统骨髓定托框架式推广

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O型臂影像及导航系统在脊柱外科的临床应用

现代医院 2022年第2期22卷 319-321页

作者：杨练李思鹏刁宇航天津医科大学总医院天津300052

目的探讨O型臂(O-arm)影像及导航系统在脊柱外科的临床应用价值。方法选择2020年6月-2021年3月于天津医科大学总医院脊柱外科行椎弓根穿刺的病例共586人,其中应用O型臂(O-arm)影像及导航系统的278人,共计引导穿刺路径1153个,X光引导下... 详细信息

目的探讨O型臂(O-arm)影像及导航系统在脊柱外科的临床应用价值。方法选择2020年6月-2021年3月于天津医科大学总医院脊柱外科行椎弓根穿刺的病例共586人,其中应用O型臂(O-arm)影像及导航系统的278人,共计引导穿刺路径1153个,X光引导下徒手穿刺308人,共计穿刺路径1356个。穿刺后均采用O型臂(O-arm)影像系统进行术中二维+三维扫描,根据Rampersaud分类方法评估穿刺路径的准确性。结果两组的年龄、性别、体质量指数、术中出血量均无统计学意义(P>0.05)。导航穿刺组手术时间(122.6±50.4 min)大于徒手穿刺组(108.3±42.7 min)(P导航穿刺组A级有1116例(占96.8%),B级有14例(占3.2%),无C级和D级病例;徒手穿刺组A级有1244例(占91.7%),B级有103例(占7.6%),C级有9例(占0.7%),无D级病例,导航穿刺组穿刺的准确率优于徒手穿刺组,两组比较,差异均有统计学意义。结论O型臂导航可以有效提高脊柱穿刺操作的准确性和安全性,但手术时间相对更长。

关键词： O型臂X射线机手术导航系统脊柱外科临床应用