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,我國的醫(yī)療保健系統(tǒng)越來越完善,其中外科手術(shù)機器人受到了各方面的高度重視,并開展了多項研究工作。南開大學(xué)機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)機器人系統(tǒng)”就是由國家“863計劃”資助的一項前沿性課題。其中“CT圖像導(dǎo)航系統(tǒng)”是機器人系統(tǒng)的一個重要組成部分,其主要功能是接受CT機的圖像數(shù)據(jù)、從圖像中解析出病灶點的位置幾何信息、建立CT機與機器人系統(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,最后輔助機器人的運動控制單元進行精確定位。
　　 本論文在借鑒了國內(nèi)外先進醫(yī)療機器人研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合本系統(tǒng)的實際需要,完成了一套專為脊椎微創(chuàng)手術(shù)機器人而開發(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)為硬件基礎(chǔ),建立了脊柱微創(chuàng)手術(shù)機器人的上層管理與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了圖像處理器與CT機的實時通訊與圖像數(shù)據(jù)交換,利用專用的標定裝置實現(xiàn)了CT機與機器人之

3、間的空間坐標變換,為使用者建立了機器人操作界面,最后根據(jù)手術(shù)方案計算出手術(shù)工具的空間定位信息并下傳至機器人的運動控制單元。
　　 2.針對手術(shù)過程中CT機與機器人系統(tǒng)之間空間位置的不斷變化,利用特制的空間位置標定裝置,自動實現(xiàn)了CT機坐標系與機器人坐標系之間的映射關(guān)系轉(zhuǎn)換。其中標定裝置上的標記點在CT圖像中空間位置坐標的識別是關(guān)鍵問題,本文利用圖像處理的技術(shù)實現(xiàn)了多標記點位置信息的自動識別。
　　 3.以CT機序列圖像為

4、基礎(chǔ),在對現(xiàn)有的三維重建算法進行分析和改進后,對病灶區(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)生提供一個比較直觀、逼真的觀察環(huán)境。
　　 在完成機器人系統(tǒng)樣機的研制工作后,為了對機器人各項功能進行驗證,課題組設(shè)計實現(xiàn)了脊柱微創(chuàng)手術(shù)的模擬試驗、生物標本試驗、和活體動物的微創(chuàng)手術(shù)試驗,并在歷次試驗中不斷得到完善。目前的試驗結(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)”實現(xiàn)了設(shè)計的各項基本功能,能夠與機器人的其他單