計算機輔助手術(shù)導航系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、計算機輔助外科手術(shù)是多學科尖端技術(shù)的結(jié)晶，它集中了計算機科學、數(shù)學、機械學、外科、內(nèi)科及生物醫(yī)學工程等領(lǐng)域的成就，把圖像圖形處理、空間立體定位、精密機械和外科手術(shù)等結(jié)合在一起，形成的一個新研究方向。它延伸了外科醫(yī)生有限的視覺范圍，更好地發(fā)揮了外科醫(yī)生的主動性和靈活性，突破了傳統(tǒng)外科手術(shù)的界限，更新了外科手術(shù)和外科手術(shù)器械的概念。本文重點討論計算機輔助手術(shù)導航系統(tǒng)中的體數(shù)據(jù)處理與可視化，多模態(tài)圖像配準和空間配準，以及空間定位技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)

2、。在對這些技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了一套應用于神經(jīng)外科的計算機手術(shù)導航系統(tǒng)。 體數(shù)據(jù)處理與可視化是手術(shù)導航系統(tǒng)的基礎(chǔ)。論文首先討論了體數(shù)據(jù)的三維重建，論述了幾種圖像序列圖像插值方法，通過引入窗口坐標系，實現(xiàn)了對體數(shù)據(jù)任意剖面的顯示。組織模型重建是導航系統(tǒng)進行手術(shù)計劃和手術(shù)模擬的關(guān)鍵。組織模型的重建包括組織體數(shù)據(jù)的分割和組織表面的重建。論文闡述了幾種體數(shù)據(jù)分割方法，重點研究基于灰度的組織體積分割和基于區(qū)域的交互式組織體積分割。論

3、文提出了三維種子填充算法和數(shù)學形態(tài)學相結(jié)合的方法，對灰度分割后的體數(shù)據(jù)進行處理，使得組織體積的分割更為精確。在組織表面重建部分討論了基于輪廓線的表面重建和MarchingCubes的等值面提取算法，采用邊收縮的三角面簡化算法，對重建后的組織表面進行簡化，提高了三維顯示的速度。開發(fā)了通用的三維顯示平臺SceneGraph，SceneGraph基于場景圖進行設計，具有強大的三維交互操作功能，可以幫助用戶快速的制定手術(shù)計劃。 空間定位

4、方法和配準技術(shù)一直是手術(shù)導航系統(tǒng)的研究重點。論文討論了手術(shù)導航系統(tǒng)中的圖像配準和空間配準方法。在圖像配準部分，論文重點研究了基于互信息的多模態(tài)三維圖像配準?；诨バ畔⒌娜S圖像配準由于其不需要醫(yī)生干預，配準精度高，在很多系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。空間配準是手術(shù)導航系統(tǒng)從手術(shù)計劃到手術(shù)導航的關(guān)鍵。論文闡述了基于表面和基于標記點的空間配準方法，重點討論了如何通過外部標記點來實現(xiàn)空間配準。根據(jù)得到的多個對應點坐標，通過最小二乘法來計算他們之間的