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主动导管图像引导技术研究

作　者: 周圆圆
导　师: 马云辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: ]微创血管介入手术图像导航碰撞检测弹簧质点仿真训练
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 18次
引　用: 1次
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内容摘要

微创血管介入治疗技术是现代医学治疗领域中最具革命性的突破之一。相对于传统的外科手术形式,它具有创伤小、出血少和术后恢复快等诸多优点,因此在世界范围内获得了广泛的应用。但是手术导管的介入多是在X射线显影形成的二维图像下实施的,它对医生的操作水平有着很高的要求,导致了手术的成功率不高。针对这些缺点,本文对导管的三维图像引导技术进行了研究。在对三维血管模型中心线提取的基础上,实现了穿刺点到靶点的导航路径规划,并以此为依据,设置虚拟内窥视图,为导管的介入提供了直观的导航信息。实现了基于轴对齐包围盒(AABB)原理的碰撞检测。通过构建导管与血管模型的AABB层次包围盒树,对包围盒之间进行相交测试,进而对基本几何元素三角面片进行相交测试,实时提供介入过程中导管与血管壁之间的碰撞信息。对血管模型的动态显示进行初步的研究,基于弹簧质点模型原理对血管的运动进行了仿真。在静态血管模型中采用三角面片表现的基础上,对血管加入弹簧质点的物理属性,通过设置虚拟血液压强进行运动仿真。构建了主动导管图像导航系统,将系统分为几何模型模块,用户交互模块,数据采集模块,图像显示模块四部分,并研究了介入手术的软件仿真训练,在图像导航系统中加入了软件仿真训练模块,为手术医生提供便捷的训练平台。进行了介入手术的插管导航实验,利用最近点迭代算法对实际坐标系与图像坐标系进行空间配准,利用电磁定位系统对导管进行空间三维定位,并在图像上实时显示导管与血管模型的三维相对位姿。最后对系统进行了误差分析与度评估,系统平均误差为0.19mm,标准差为0.48mm。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-14
    1.2.1 碰撞检测技术  9-10
    1.2.2 血管模型动态显示技术  10-13
    1.2.3 计算机辅助手术导航  13
    1.2.4 介入手术仿真训练技术  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第2章主动导管导航规划  16-35
  2.1 介入手术导航策略  16-21
    2.1.1 导航路径自动搜索  16-18
    2.1.2 导航路径平滑  18-20
    2.1.3 虚拟相机内窥视图设置  20-21
  2.2 碰撞检测  21-29
    2.2.1 层次包围盒碰撞检测  21-23
    2.2.2 基于AABB包围盒的碰撞检测  23-28
    2.2.3 碰撞检测实验  28-29
  2.3 血管动态模型初步研究  29-34
    2.3.1 弹簧质点模型原理  29-31
    2.3.2 基于弹簧质点的血管动态模型初步研究  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章主动导管图像导航系统集成  35-52
  3.1 主动导管图像导航系统概述  35-36
  3.2 几何模型模块  36-37
  3.3 用户交互模块  37-39
  3.4 数据采集模块  39-44
    3.4.1 数据采集传感器  39-41
    3.4.2 多线程的数据采集程序设计  41-44
  3.5 图像显示模块  44-48
    3.5.1 导航图像显示  44-45
    3.5.2 导管运动实时显示  45-48
  3.6 介入手术训练模块  48-51
  3.7 本章小结  51-52
第4章系统实验及精度分析  52-61
  4.1 图像导航系统实验  52-58
    4.1.1 系统开发环境与设备  52
    4.1.2 坐标系配准  52-55
    4.1.3 导航实验结果  55-58
  4.2 系统误差分析及精度测试  58-60
    4.2.1 系统误差分析  58-59
    4.2.2 系统精度测试  59-60
  4.3 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

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