3维CT图像导航的并联机构辅助股骨复位方法

临床上传统股骨复位手术存在复位精确度不高、辐射量大等不足.针对以上不足,提出一种基于术前CT图像引导,由固定于股骨患侧上的6自由度并联机构辅助股骨复位的方法.该方法基于人体的对称性原理,用患者健侧股骨镜像作为标准,指导患侧股骨复位:通过执行机构上的12个标记点,在虚拟空间中实时标记执行机构上每根杆的长度.动物骨实验验证...     

基于对称性的颌骨复位方法研究及应用

针对严重错位骨折的颌骨复位口腔外科手术,提出一种帮助医生进行术前规划和准备的破损颌骨复位方法。首先使用移动立方体(MC)算法从患者CT 图像中提取颌骨的面片模型;然后结合图割算法、形状直径函数(SDF)描述子和混合高斯模型的交互式分割方法,允许医生通过简单的勾画快速分割出破损骨块;最后基于颌骨的对称性特性自动完成破损骨块复位。通过破损骨块复位完成颌骨模型重构,能完整保留对医生非常重要的骨折线信息。该方法已应用于自主开发的计算机辅助破损颌骨复位系统,并使用安徽医科大学附属医院的患者数据进行了测试,结果表明了该方法的有效性。     

基于二维超声- 三维 CT 配准的肾脏穿刺定位方法可行性研究

医学影像引导的经皮肾穿刺手术是经皮肾镜取石术中建立手术通道的重要手段,高质量的 实时医学图像可以提高术中穿刺精度,减少手术风险。针对自由呼吸下经皮肾穿刺靶点的导航定位问 题,该研究提出了一种基于术中二维超声-术前三维 CT 实时配准的肾脏穿刺定位方法。首先对肾脏轮 廓特征的二维超声图像和三维 CT 图像进行由粗到精的快速配准,然后通过超声探头标定,将配准融合 后的图像注册到手术空间,实现穿刺靶点的实时定位。人体腹部模型实验结果表明,超声探头标定均 方根误差为 0.998 mm,二维超声和三维 CT 数据配准误差为 0.709 mm,平均配准运算时间为 1.15 s,最 终的平均定位误差为 2.265 mm。     

用磁场极值信号定位磁源的方法与实验

通过数字仿真和实验的方法研究了一种基于等磁场图板值信号的等效磁偶板子（Equivalent Magnetic Dipole,EMD）源重构方法,给出了磁偶板子源位置坐标的计算公式.用磁偶极子源模型产生的磁场数据检验了该方法的源定位精度.结果表明：当阵列测点间距为1mm,令方向磁矩为0时,单磁偶极子源定位的误差小于1mm;双磁偶板子定位误差在,,方向的均值分别为4.6mm,7.8mm,5.3mm.分析了双磁源定位的误差问题,还对用9通道低磁场强度检测实验系统采集的单和双磁偶板子实验数据的源定位结果进行了分析与比较.     

融合图像特征的一致点匹配方法及其应用

提出一种基于图像特征的一致点漂移匹配方法进行3维形状点集对齐,在匹配过程中结合点的几何空间信息和图像特征信息构造目标函数,依据点之间的图像特征差异调整原始一致点漂移匹配方法中的高斯混合模型。使用3维前列腺和肝脏点集进行匹配的仿真实验,结果表明本文方法可有效减少匹配误差,其中肝脏点集匹配误差从1.84 mm降低到1.54 mm,前列腺点集匹配误差从0.83 mm降低到0.60 mm。利用本文提出的形状点集对齐方法建立活动外观模型,对3维前列腺CT图像进行分割,分割精度有一定提高,即体素正确覆盖率从88.7%提高到90.2%。     

机器人辅助微创全膝关节置换手术系统

开发了面向全膝关节置换手术的机器人辅助截骨系统,实现了膝关节解剖结构精准建模、术前截骨路径3维规划、图像配准以及术中机器人可视化导航.采用多模态图像融合与主动轮廓模型分割技术实现了包含关节软骨在内的膝关节自动化建模与可视化;在此基础上采用3维交互技术实现截骨路径的术前规划;术中基于自主研发的双目视觉跟踪系统,采集关节骨表面3维点云与术前3维模型进行形状配准,完成图像空间和机器人空间之间的映射;最后通过视觉导航技术引导机器人完成截骨操作.实验结果表明,机器人系统综合定位误差为0.87 mm,截骨操作误差小于1 mm.     

大型物体视觉测量模拟和精度分析

视觉测量的精度受多种因素的影响,包括图像离散化误差、成像畸变模型选择、图像特征定位误差、相机与被测物体相对姿态和图像分辨率等.尽管已有不少关于视觉测量的报道,但对上述因素影响的系统性模拟评测的报道不多.文中以大型被测物体为模拟对象,针对影响视觉测量精度的上述因素进行了系统和定量分析.实验结果表明:合理的畸变模型选择是视觉测量需要首先考虑的问题;在图像分辨率较高时,图像离散误差的影响可以忽略不计,而由高分辨率导致的图像特征定位误差会对畸变参数的估计产生比较大的影响,进而影响物体的测量精度;对边长为30 m的大型平面物体的视觉测量而言,当图像分辨率为2500×2500以及特征定位误差不大于一个像素时,还很难达到10 mm级的测量精度.该实验结果对从事视觉测量的研究和应用人员有一定的参考作用.     

基于正侧位投影约束的空间配准与脊柱手术导航

为提高机器人辅助脊柱手术的精确性、安全性以及易用性,将术前CT 图像与术中X 射线图像配准． 传统单平面配准法因缺乏沿光轴的深度信息而导致导航误差较大,本文通过同时计算正侧位透视图像来提高配准与 导航精度．通过分析正侧位投影空间变换模型,利用该双平面几何约束实现自动的配准初值估计并建立3 维手术空 间与CT 空间的映射．在虚拟X 射线导航基础上,利用立体视觉定位计算手术器械在CT 空间的实时位姿从而实现 3 维导航．脊柱体模实验证明该配准与导航方法的精度满足手术要求,动物椎板磨削实验表明该系统可实现实时监 控,提高手术安全性．     

机器人技术在中医正骨手术中的应用研究

本文介绍了一套自行开发的机器人辅助正骨医疗手术平台系统．系统由计算机辅助 手术规划软件和正骨机器人两大部分组成，其中计算机辅助手术规划软件可以采集患者骨折 处的X光图像，机器人则在医生的控制下完成拉伸牵引、旋转、模拟手法复位等动作，使患 者骨折处闭合复位．本系统能够代替医生在X光辐射环境下进行正骨手术，避免射线对医生 身体的损伤，同时提高了手术效率、手术精度和安全性．系统已成功地应用于临床．     

提高CT图像手骨模型重建精度的方法

为提高在体骨骼模型的3D重建精度,对CT扫描方式和利用CT图像重建骨骼模型的方法进行研究,提出一种基于灰度特征搜索匹配点的图像层间插值算法.该算法根据插值点相邻层邻近点的灰度值特征选择参考点;以参考点为依据在另一相邻层图像某区域内搜索与参考点灰度相近并且距离较小的匹配点;利用参考点和匹配点灰度值以及距离关系计算插值点灰度值.对人体9块手骨进行模型重建,将原始CT图像重建模型和插值优化后的重建模型分别与解剖模型进行比较的结果表明,优化前与优化后平均正偏差均值由0.30 mm减小到0.11 mm,平均负偏差均值由0.27 mm减小到0.09 mm.