术眼止血仪设计

随着现代科学技术的迅猛发展,外科手术经历了革命性变革,外科技术的核心之一是要达到术眼无血的效果。如今,止血技术已由过去单纯的器械止血发展为现代外科条件下的纷繁复杂的技术体系。本文提出了一种基于单片机的肢体手术止血控制系统实现方案,并详细介绍了系统的软硬件电路设计。系统可应用于肢体手术的止血环节,可以达到术眼无血的效果。     

八叉树搜索算法在计算机辅助手术中的应用

讨论基于八叉树的空间搜索与求交算法,包括基于八叉树的单元格分配及求交运算2个步骤。该算法可有效应用于计算机辅助手术,实现解剖标志点的空间定位、距离测量、骨厚测量、三维模型间的干涉与距离检测等。其运算效率较高,具有良好的通用性和扩展性,适用于各类计算机辅助手术规划与手术导航软件。     

虚拟膝关节镜手术中保持单元质量的体网格形变方法

在虚拟膝关节手术中,需要对膝关节进行大范围形变的实时模拟。本文针对四面体网格的膝关节模型,提出了采用LSD度量建立形变能量,然后将带约束的最优化问题转化为不带约束的最优化问题,最后通过带Armijo线性查找的非精确牛顿法求解最优化问题。在求解过程中,通过预估未知点的位置,减少迭代步数,提高了算法的效率。这种方法具有较好的保体积性,同时保证形变后的四面体网格不出现体元翻转和退化。该方法也能推广应用于其它类似的关节弯曲运动的变形中。     

勇气号火星车等入机器人名人堂

近期,2009年入选机器人名人堂的机器人已揭晓,共有5种机器人入围,其中包括：达芬奇机器人手术系统、终结者T-800机器人、“机遇号”和“勇气号”火星探测器、Roomba家庭清洁机器人,和科幻电影《宇宙静悄悄》中的3个园艺机器人。以下是这5种入选机器人和往年入选具有代表性的几款机器人：     

虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究

对虚拟手术仿真中人体软组织形变技术进行深入研究,利用OpenGL三维图形标准建立了基于质点-弹簧物理模型的虚拟人体软组织形变系统。围绕虚拟手术仿真中人体软组织形变的逼真度和实时性两大要素展开研究,通过对比四边形网格结构提出了改进的基于质点-弹簧模型的正六边形几何拓扑结构,并对软组织形变动力学模型及其数值积分算法、软组织形变力反馈计算模型进行了讨论,针对以往的虚拟手术器械与软组织表面接触时作用点的最近邻质点求取算法存在的不足,提出了改进的求取算法。实验结果表明,改进的算法在模拟软组织形变时具有较好的稳定性和实时性。     

腹腔微创手术机器人末端执行机构的设计和实现

为了提高腹腔微创手术的安全性,设计了一种新型的腹腔微创手术机器人末端执行机构,用于夹持手术器械．根据腹腔微创手术的特点和技术要求,采用轴驱动和平行四杆的运动原理设计定点机构．详细介绍了末端执行机构的机械结构,应用D-H法和矢量代数法给出了各个关节的运动学解公式,研究了控制系统的硬件结构和软件系统,并进行了样机实验．实验表明所设计的末端执行机构具有很好的定点运动效果,能够较好地完成手术规划,满足腹腔微创手术要求．     

变精度粗糙集挖掘技术的应用研究

粗糙集理论是一种处理模糊和不确定知识的一种新型数学工具,在很多领域取得了成功的应用。但是经典粗糙集理论处理的分类必须是完全正确的,在实际应用中,缺乏对噪声数据的适应能力,为了克服这个缺点,提出一种变精度的粗糙集模型,以适应实际应用的需要。对变精度粗糙集理论的数据预处理、属性约简、值约简和规则提取等问题进行了分析和研究,提出属性约简算法和基于求核值属性的归纳值约简算法,并将其运用于医疗系统的手术诊断数据表的数据挖掘分析过程中,所得到的实验结果与专家诊断结果基本吻合,取得了较好的实际应用效果。     

基于姿态编码器的2D/3D脊椎医学图像实时配准方法

2D/3D医学图像配准是骨科手术三维实时导航中的一项关键技术,然而传统的基于优化迭代的2D/3D配准方法需要经过多次迭代计算,无法满足医生在手术过程中对于实时配准的要求。针对该问题,提出一种基于自编码器的姿态回归网络来通过隐空间解码捕获几何姿态信息,从而快速地回归出术中X射线图像对应的术前脊椎位置的3D姿态,并经过重新投影生成最终的配准图像。通过引入新的损失函数,以“粗细”结合配准的方式对模型进行约束,保证了姿态回归的精确度。在CTSpine1K脊椎数据集中抽取100组CT扫描图像进行10折交叉验证,实验结果表明：所提出的模型所生成的配准结果图像与X射线图像的平均绝对误差（MAE）为0.04,平均目标配准误差（mTRE）为1.16 mm,单帧耗时1.7 s。与基于传统优化的方法相比,该模型配准时间大幅缩短。相较于基于学习的方法,该模型在快速配准的同时,保证了较高的配准精度。可见,所提模型可以满足术中实时高精配准的要求。     

基于增强现实的脊柱微创手术导航系统

针对脊柱微创手术实际的临床导航需求,设计开发了一种基于增强现实的脊柱微创手术导航系统。在术前通过CT对患者脊柱病灶部位进行扫描和重建,将合适的脊柱模型导入Unity-3D平台中并为其添加控制脚本。使用标定球对手术器械进行标定,采用Polaris Vega光学追踪器实时追踪手术器械,建立手术器械与Polaris Vega光学追踪器之间的坐标转换关系,将识别到的手术器械位姿信息实时发送到HoloLens设备中,从而实现手术器械、病灶模型等医疗影像的同步显示。在术中为医生提供3维脊柱病灶影像的可视化显示,帮助医生实现病灶定位和手术器械导航。经过脊柱模型实验测试,系统导航误差小于2.8 mm,可以满足脊柱外科的临床应用要求。     

近红外二区荧光手术导航探针研究进展

肿瘤是严重威胁人类健康和社会发展的重大公共卫生问题之一。针对肿瘤的治疗,外科手术切除仍是最普遍、最理想的策略。目前,外科医师在术中主要通过肉眼观察、超声等方法确定肿瘤边界、残余病灶以及微小转移病灶,然而,这些方式存在手术切缘肿瘤易残留、难以实时发现微小转移灶等问题,导致肿瘤术后复发、转移率高,严重影响病人的预后和远期生存。荧光手术导航的快速发展为解决这一问题提供了新的技术支撑。本文聚焦于荧光手术导航用荧光探针,重点对荧光手术导航系统和各类有机、无机近红外二区荧光分子探针进行系统阐述,分析其临床转化与应用面临的瓶颈问题,探讨可能的解决思路,以期为国内外相关领域的研究提供思路与参考。