CT圖像導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著人們生活水平的提高,我國(guó)的醫(yī)療保健系統(tǒng)越來越完善,其中外科手術(shù)機(jī)器人受到了各方面的高度重視,并開展了多項(xiàng)研究工作。南開大學(xué)機(jī)器人研究所與天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院合作的課題“基于CT圖像導(dǎo)航的脊柱微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)”就是由國(guó)家“863計(jì)劃”資助的一項(xiàng)前沿性課題。其中“CT圖像導(dǎo)航系統(tǒng)”是機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,其主要功能是接受CT機(jī)的圖像數(shù)據(jù)、從圖像中解析出病灶點(diǎn)的位置幾何信息、建立CT機(jī)與機(jī)器人系統(tǒng)之間的空間轉(zhuǎn)換關(guān)系、為使用者提供專

2、用的操作界面,最后輔助機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制單元進(jìn)行精確定位。
　　 本論文在借鑒了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)醫(yī)療機(jī)器人研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際需要,完成了一套專為脊椎微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人而開發(fā)的“CT圖像導(dǎo)航與工具定位”軟件系統(tǒng)。主要工作包括以下內(nèi)容:
　　 1.以圖像處理器(PC機(jī))為硬件基礎(chǔ),建立了脊柱微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的上層管理與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了圖像處理器與CT機(jī)的實(shí)時(shí)通訊與圖像數(shù)據(jù)交換,利用專用的標(biāo)定裝置實(shí)現(xiàn)了CT機(jī)與機(jī)器人之

3、間的空間坐標(biāo)變換,為使用者建立了機(jī)器人操作界面,最后根據(jù)手術(shù)方案計(jì)算出手術(shù)工具的空間定位信息并下傳至機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制單元。
　　 2.針對(duì)手術(shù)過程中CT機(jī)與機(jī)器人系統(tǒng)之間空間位置的不斷變化,利用特制的空間位置標(biāo)定裝置,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了CT機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系轉(zhuǎn)換。其中標(biāo)定裝置上的標(biāo)記點(diǎn)在CT圖像中空間位置坐標(biāo)的識(shí)別是關(guān)鍵問題,本文利用圖像處理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多標(biāo)記點(diǎn)位置信息的自動(dòng)識(shí)別。
　　 3.以CT機(jī)序列圖像為

4、基礎(chǔ),在對(duì)現(xiàn)有的三維重建算法進(jìn)行分析和改進(jìn)后,對(duì)病灶區(qū)域的部分人體骨骼建立了立體的顯示模型(圖形),為手術(shù)醫(yī)生提供一個(gè)比較直觀、逼真的觀察環(huán)境。
　　 在完成機(jī)器人系統(tǒng)樣機(jī)的研制工作后,為了對(duì)機(jī)器人各項(xiàng)功能進(jìn)行驗(yàn)證,課題組設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了脊柱微創(chuàng)手術(shù)的模擬試驗(yàn)、生物標(biāo)本試驗(yàn)、和活體動(dòng)物的微創(chuàng)手術(shù)試驗(yàn),并在歷次試驗(yàn)中不斷得到完善。目前的試驗(yàn)結(jié)果表明,本文所開發(fā)的“CT圖像導(dǎo)航與工具定位系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)基本功能,能夠與機(jī)器人的其他單