計算機輔助手術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、計算機輔助外科手術(shù)(ComputerAssistedSurgery，CAS)是一門新興的研究領(lǐng)域，是計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、機械學(xué)、外科、內(nèi)科及生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)等多學(xué)科高技術(shù)的結(jié)晶。它旨在幫助醫(yī)生合理地、定量地利用CT、核磁共振MRI等多模圖像數(shù)據(jù)、立體定位系統(tǒng)和醫(yī)用機器人，進行配準(zhǔn)、定位，制定手術(shù)計劃，實現(xiàn)手術(shù)模擬，進行外科手術(shù)干預(yù)。它對于選擇最佳手術(shù)路徑、減小手術(shù)損傷、提高腫瘤定位精度、執(zhí)行復(fù)雜外科手術(shù)和提高手術(shù)成功率等具有十分重要的意義。

2、因此，計算機輔助外科手術(shù)的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。在計算機輔助外科手術(shù)系統(tǒng)中，立體定位裝置和配準(zhǔn)技術(shù)是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。 首先，本文介紹了手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的定義、組成、工作原理、臨床應(yīng)用、研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向等。在此基礎(chǔ)上，著重闡述了我們自行設(shè)計和開發(fā)的手術(shù)導(dǎo)航模體演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)用作演示或作為一個研究相關(guān)算法的實驗平臺，可實現(xiàn)模體的三維顯示(包括模體的旋轉(zhuǎn)、放大及縮小等)及手術(shù)工具的實時定位跟蹤顯示，其算法簡單實用，基本

3、上涵蓋了手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的各種關(guān)鍵技術(shù)。 接著，主要討論手術(shù)導(dǎo)航的一項關(guān)鍵技術(shù)——圖像配準(zhǔn)技術(shù)的研究。對四元數(shù)及圖像配準(zhǔn)進行概述的基礎(chǔ)上，詳細地闡述了四元數(shù)在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)配準(zhǔn)中的應(yīng)用，給出了我們采用的具體的配準(zhǔn)算法及實驗結(jié)果。 然后，主要討論手術(shù)導(dǎo)航的另一項關(guān)鍵技術(shù)——定位問題的研究。深入地分析了視覺定位的原理；詳細地闡述了紅外光學(xué)三維定位系統(tǒng)，并給出了紅外光學(xué)定位系統(tǒng)的工作原理和具體實現(xiàn)方法；介紹了定位器在我們開發(fā)的手術(shù)導(dǎo)

4、航模體演示系統(tǒng)的具體應(yīng)用情況。 最后，主要對醫(yī)用機器人與計算機輔助手術(shù)(MedicalRobotics＆ComputerAssistedSurgery，MRCAS)展開了研究。進行了MRCAS系統(tǒng)的概述；從理論上對基于視覺定位的腦外科手術(shù)機器人系統(tǒng)的坐標(biāo)變換問題進行了研究，完成了其各組成部分及相互間變換關(guān)系的推導(dǎo)和論證；給出了基于視覺伺服的腦外科手術(shù)機器人系統(tǒng)的整體的設(shè)計方案。基本上完成了機器人及計算機輔助外科手術(shù)系統(tǒng)MRCAS