機(jī)器人輔助骨科手術(shù)導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)器人輔助骨科手術(shù)是當(dāng)前骨科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，它是典型的醫(yī)工結(jié)合技術(shù)，能夠保護(hù)醫(yī)生和患者，減少 X射線(xiàn)的傷害，同時(shí)能夠提高手術(shù)定位精度，減少手術(shù)創(chuàng)傷，縮短手術(shù)時(shí)間。手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)是機(jī)器人輔助骨科手術(shù)系統(tǒng)的核心技術(shù)，本文針對(duì)基于C形臂X光機(jī)的手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)及機(jī)器人輔助導(dǎo)航定位技術(shù)進(jìn)行了研究，分別實(shí)現(xiàn)了跟蹤和定位兩大關(guān)鍵技術(shù)。跟蹤即術(shù)中在導(dǎo)航界面上實(shí)時(shí)顯示手術(shù)工具投影和病人患骨的透視圖像，給醫(yī)生實(shí)時(shí)提供手術(shù)工具與患骨的相對(duì)位置和姿態(tài)關(guān)系。定位即實(shí)

2、現(xiàn)手術(shù)工具和機(jī)器人到達(dá)所規(guī)劃的位置。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)校準(zhǔn)靶透視圖像中標(biāo)志物投影的識(shí)別與參數(shù)提取進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了導(dǎo)航系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件----校準(zhǔn)靶；對(duì)透視圖像中圓形或類(lèi)圓形目標(biāo)的識(shí)別方法進(jìn)行了研究，最后選擇閾值分割與連通量處理相結(jié)合的算法，借助ITK和VTK實(shí)現(xiàn)了圖像的可變閾值分割，省去了閾值求解過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了快速分割，并最終提取了目標(biāo)參數(shù)。⑵對(duì)圖像變形校正進(jìn)行了研究。對(duì)C形臂X光圖像的變形及其成因進(jìn)行了研究；在分析了

3、全局法與局部法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)圖像中控制點(diǎn)較少的情況提出一種移動(dòng)最小二乘法（MovingLeast Square,MLS）與多項(xiàng)式擬合相結(jié)合的圖像校正方法。通過(guò)此方法保證了在控制點(diǎn)較少情況下的校正精度。⑶對(duì)相機(jī)標(biāo)定進(jìn)行了研究。對(duì)已有校準(zhǔn)方法進(jìn)行了分析研究，并比較了各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)相機(jī)校準(zhǔn)中存在的過(guò)渡環(huán)節(jié)多及變換參數(shù)求解復(fù)雜等問(wèn)題，本文提出了一種線(xiàn)性標(biāo)定融合誤差補(bǔ)償?shù)南鄼C(jī)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方法，該方法忽略相機(jī)模型，減少了中間過(guò)渡環(huán)節(jié)，參

4、數(shù)求解變得簡(jiǎn)單，提高了效率。⑷對(duì)機(jī)器人輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的全空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)及機(jī)器人硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法進(jìn)行了研究。研究了圖像中規(guī)劃的工具投影變換到患骨坐標(biāo)系下的方法，并基于光學(xué)定位系統(tǒng)建立了患骨坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系，從而建立圖像坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的變換。在沒(méi)有工作站與機(jī)器人通訊軟件包的情況下，以PLC作轉(zhuǎn)接，成功實(shí)現(xiàn)了工作站到KUKA的數(shù)據(jù)傳輸，為機(jī)器人輔助導(dǎo)引奠定了基礎(chǔ)。⑸自主開(kāi)發(fā)了導(dǎo)航軟件系統(tǒng)，搭建了機(jī)器人輔助骨科手