机器人辅助微创骨科配准理论与方法研究

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发表于 2024-3-8 13:49:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
计算机及机器人辅助手术是现代外科发展的热点研究方向,主要包括图像引导手术导航、机器人辅助手术操作以及计算机辅助术前诊断与术后评价,其中,配准是建立图像空间与手术空间映射从而以高精度进行手术导航的关键。不同外科领域开发了多种配准技术,但在临床复杂条件下,配准精度、特别是稳健性还需进一步提高,或者还存在技术约束条件,这些都不便于配准方法的临床应用。针对上述题目,论文以微创骨科机器人临床应用为背景,以提高手术导航精度、可靠性等性能为目标,对配准关键技术进行研究,从理论和方法上进行探索。针对实际临床环境下配准方法的精度、效率和可靠性影响因素众多,而对不同临床适应症条件下的诸多影响因素难以进行有效、全面衡量的题目,提出机器人辅助外科配准方法的要素分析和综合评价方法,以配准要素分析框架为基础对各种配准方法进行分类研究,提出基于层次分析模型的机器人辅助外科配准评价方法。针对C型臂图像失真较大的题目,通过分析透视图像失真分布规律,建立透视图像失真量化模型,提出基于极坐标的校正方法;针对C型臂外参数分解误差较大的题目,分析其投影映射模型,提出基于投影不变量约束的重投影方法修正外参数。针对X线透视图像导航现有双平面方法仿射模型的定位精度对投影方向要求较为严格的不足,提出基于面积交比射影不变量的映射方法改善定标面内的精度,以减小因透视变形造成的误差,减少对术中投影方向的限定条件。针对基于投影映射的3D/2D配准方法因实际图像与模拟图像不一致性等因素影响其全局收敛性,且高维搜索优化复杂的题目,通过对不同条件下相似性测度的分析,提出面向二次曲线搜索的测度评价指标,采用优选测度使得在加快配准速度的同时减少局部极值出现。为弥补单投影方向深度信息的不足,提出利用正侧位空间约束实现图像空间与手术空间直接三维映射的方法,采用综合测度进行优化计算,减少空间映射的环节并降低搜索空间,提高配准精度并增强全局收敛性能。针对基于解剖表面的配准方法对配准初值要求较高且优化过程不能保证稳定收敛的题目,对特征曲面进行形状约束分析,提出采用特征曲面集进行配准的方法,利用其几何约束提高特征约束度,在分析骨骼表面形状与几何约束基础上建立子特征曲面集。针对特征曲面点云数据量较大的题目,提出利用子特征曲面的主向量计算配准初值的方法加快搜索速度。针对传统点距测度计算时点集一致性难以有效保证的题目,采用子特征曲面对应关系减小测度计算误差,提高了配准的精确性和稳健性。最后,面向微创骨科应用搭建手术导航系统。分别针对二维和三维配准的骨科导航应用,选取髓内钉远端锁钉与脊柱椎板减压适应症,针对其不同临床需求开发了相应的配准与导航功能模块,并进行了模拟和临床实验。通过这些导航系统的成功应用,验证了配准方法的精度以及可靠性能够满足微创骨科手术的要求,为机器人辅助微创骨科系统的进一步研究与临床应用奠定了技术基础。





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