基于激光CCD的人工關(guān)節(jié)測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)水平的發(fā)展，人工關(guān)節(jié)置換技術(shù)在骨科領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換術(shù)之前，需要為病人定做尺寸合適的人工關(guān)節(jié)。用于置換的人工關(guān)節(jié)在各個部位上的大小和形狀應(yīng)盡量與病人原關(guān)節(jié)保持一致，所以在人工關(guān)節(jié)的制造過程中，需要對成型的人工關(guān)節(jié)做表面尺寸測量，再與患者關(guān)節(jié)的X光片或CT圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果誤差較大則需要重新修整人工關(guān)節(jié)。往往需要經(jīng)過多次測量、多次修整后才能使人工關(guān)節(jié)的尺寸符合最終要求。
　　對人工關(guān)節(jié)各個

2、截面上的尺寸進(jìn)行測量，通常使用接觸式的測量儀器進(jìn)行，測量準(zhǔn)確度不高，使用不方便，且有可能給被測面帶來創(chuàng)傷。若采用對人工關(guān)節(jié)的X光片或CT圖像進(jìn)行量測的方法，則成本很高。而激光CCD傳感器具有測量速度快、分辨率和靈敏度高、非接觸式及無創(chuàng)性等特點，對表面不太規(guī)則的人工關(guān)節(jié)進(jìn)行測量猶為有效，是種經(jīng)濟(jì)、可行的辦法。本課題研究了一種多用途、多功能的基于激光CCD的非接觸式測量系統(tǒng)，測量速度和響應(yīng)時間較快，測量精度和分辨率較高，滿足對人工關(guān)節(jié)表面尺

3、寸進(jìn)行測量的要求。
　　本論文闡述的人工關(guān)節(jié)測量系統(tǒng)利用的是激光三角法原理，研究內(nèi)容包括光路設(shè)計、機(jī)械探頭設(shè)計、系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。詳細(xì)敘述了測量系統(tǒng)的各部分電路、信號處理及控制軟件，包括激光二極管驅(qū)動電路、線陣CCD傳感器驅(qū)動電路、CCD信號預(yù)處理及采集電路、DSP接口電路、基于DSP的信號處理及控制軟件、上位機(jī)軟件等幾個模塊。設(shè)計出的測量儀器包括探頭、主控制器和顯示面板三個部分。
　　本系統(tǒng)的特點是，通過對發(fā)射激光光

4、強(qiáng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)滿足了不同環(huán)境下的測量需要，抵消環(huán)境因素對測量的影響；采用高速CCD、高速A/D轉(zhuǎn)換器、高速FIFO和比較器篩選電路提高了數(shù)據(jù)采樣和處理速度，從而提高系統(tǒng)對人工關(guān)節(jié)的測量速度；采用高像素的CCD傳感器和有效的算法提高了測量系統(tǒng)的分辨率和測量精度；通過 RS232接口能將人工關(guān)節(jié)的尺寸數(shù)據(jù)快速地傳至上位機(jī)，以供上位機(jī)軟件作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理和圖像分析。
　　在實驗中，用一段帶關(guān)節(jié)頭的豬骨來模擬人工關(guān)節(jié)進(jìn)行測量，總共得到了50