脊柱微创外科手术机器人图像处理与导航系统研究

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1、南开大学硕士学位论文脊柱微创外科手术机器人图像处理与导航系统研究姓名：宋银灏申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：安刚20070501摘要在传统的脊柱外科手术中，医生利用CT成像系统引导进行穿刺。首先，医生根据CT扫描图像找出病灶位置，确定手术工具作用路径，然后进行手工穿刺。但往往由于目测偏差、操作技术水平和手部抖动等原因，会造成进针量偏差，降低了穿刺的成功率。因此，迫切需要提高脊柱外科手术中的工具定位技术。随着计算机技术、机器人控制技术和医疗外科技术的发展，出现了脊柱微创外科手术。它的出现减少了手术质量对医生经验和

2、技能的依赖程度，提高了手术成功率和质量，是脊柱外科手术发展的必然趋势，具有广阔的应用前景。但是，高精度的手术工具定位技术始终是限制脊柱微创外科手术推广的技术瓶颈。为此南开大学机器人与信息自动化研究所开发出一套基于CT图像引导的脊柱微创外科手术机器人辅助定位系统。该系统利用机器人定位精确、抓待稳定的特点为医生搭建了一个辅助手术操作平台，医生可以在这个平台的帮助下，对脊柱进行穿刺等手术。本论文针对该机器人开发出一套CT图像导航系统，并对系统中的关键技术进行了深入研究。该系统由导航计算机显示CT扫描图像，采集并处理手术现场数据，显示

3、机器人的准确位姿和进针过程。论文首先研究了DICOM标准的相关内容，特别是关于文件格式和数据集部分，以及如何将CT机传来的图像经由导航计算机进行解析和显示。然后对显示的图像，按照医生的需要进行医学图像处理，达到手术要求。然后阐述了图像导航模块的组织结构和工作流程，建立了机器人坐标系和CT图像坐标系，并用ICP算法进行标定；导航计算机采集机器人传来的数据，形成控制信号，在手术现场显示手术器械的入路及进针过程。关键词：医疗外科机器人脊柱微创外科手术DICOM标准医学图像处理手术导航Abs仃actAbstractSurgeonsop

4、eratetranspedicularsurgerywithCT-guidedinconventionalspinesurgery．SurgeonsdiscoverfocusfirstlyonCTimages，confirlnsurgicalinstrumentappraches，thenpenetrateinstrumentbyhand，ThisprocesscausesdeviationofpunctureneedleanddecreasesthesurgerySUCCESSratiobyreasonthatoftheey

5、esurveydeviation，thelevelofsurgeons’techniquesandtheshakeofhands．nerefor；e．weurgentlyneedenhancethelocationtechnologyofspinalsurgery．Withthedevelopmentofthecomputertechnology,roboteon仃olteeimologyandsurgicalrobot,comestheMinimallylnvasiveSpineSurgery．Itdecreasesthes

6、urgicalqualityreliantona(peri肋ceandskillofsurgeons，increasesthesurgerysuccessratio，andistheinevitabletrendofspinesurgery,hascapaciousapplicationprospect．HoweveLtheprecislocationtechnologyofsurgeryisatechnologicalnecklimitingitspopularization．Forthat,TheInstituteofRo

7、boticsandAutomaticInformationSystem,NankaiUniversity,designedarobotassistantloactingsystemforMinimallyInvasiveSpineSurgeryguidedwithCTimage．WiⅡlitsaccuratelocatingandholdingstability,therobotcallbuildupallassistantplatformforthesurgeonguidedbyCTimage．wit}1whichthesu

8、rgeoncallperformpuncturingandothersur#caloperationalongthedirectionofrobott001．ThispaperisdevotedtoseveralkeyissuesontheCTimagesguidedsyst