基于圖像引導(dǎo)的穿刺手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、微創(chuàng)穿刺手術(shù)具有創(chuàng)口較小、恢復(fù)較快等優(yōu)點(diǎn)，近年來逐漸成為惡性腫瘤治療領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。將機(jī)器人應(yīng)用于穿刺手術(shù)，可以提高穿刺手術(shù)的穩(wěn)定性和精確性。本文主要以肺癌為例，進(jìn)行穿刺手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)研究。提出了一種基于靜態(tài)CT影像和動(dòng)態(tài)DR圖像可用于肺部病灶區(qū)域定位的方法;實(shí)現(xiàn)了手術(shù)過程中穿刺針識(shí)別和方位跟蹤。其主要內(nèi)容包括以下幾部分:
　　(1)肺部病灶區(qū)域分割
　　使用二維全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)CT影像的每一個(gè)切片進(jìn)行分割，將三維數(shù)據(jù)

2、分割問題轉(zhuǎn)化成連續(xù)二維圖像分割問題，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)證明，該分割網(wǎng)絡(luò)可以較為準(zhǔn)確的分割大部分二維圖像中的肺結(jié)節(jié)區(qū)域。
　　(2)2D/3D配準(zhǔn)
　　2D/3D配準(zhǔn)是為了獲取二維肺部X射線圖像與三維肺部CT圖像的空間位置關(guān)系。本文在實(shí)現(xiàn)單幅圖像配準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，將單幅圖像配準(zhǔn)方法拓展為雙幅圖像配準(zhǔn)方法，并對(duì)配準(zhǔn)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)證明，本文實(shí)現(xiàn)的配準(zhǔn)方法可以使用任意夾角的兩幅圖像得到準(zhǔn)確的配準(zhǔn)結(jié)果。
　

3、　(3)X射線圖像中肺部病灶區(qū)域定位及穿刺針識(shí)別跟蹤
　　對(duì)于肺結(jié)節(jié)區(qū)域定位，根據(jù)肺部病灶區(qū)域分割結(jié)果及X射線圖像與CT數(shù)據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果，利用三角形相似原理，將CT影像中的肺部病灶區(qū)域投影到X射線圖像中，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)證明，該方法能正確定位X射線圖像中的肺部病灶區(qū)域。對(duì)于穿刺針的識(shí)別與跟蹤問題，采用了一種基于Hough直線檢測(cè)及先驗(yàn)知識(shí)的半自動(dòng)化算法，并使用離線視頻進(jìn)行驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)證明，該算法根據(jù)最初人工標(biāo)記的參考線，可以正確