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基于近红外与影像的椎弓根螺钉植入手术监测系统研究

作　者: 高慧
导　师: 钱志余
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 椎弓根螺钉路径规划实时监测近红外光谱 CT影像关联模型
分类号: R687.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要

椎弓根螺钉内固定手术是治疗脊椎疾病的重要手段，但由于各节段椎骨解剖结构的不同，植钉时的方向和深度很难把握，监测手段的缺乏常常导致螺钉穿破椎弓根和椎体前缘的情况发生，使得手术存在较大的风险。论文提出了一种基于近红外和影像的椎弓根螺钉植入手术监测方法，对植钉路径上椎骨组织的近红外参数和CT值进行关联研究，为临床手术中植钉准确率的提高奠定了基础。主要工作包括：（1）采用CT影像三维可视化技术，规划最佳植钉路径和偏移路径，对路径上的CT值特点进行研究；（2）设计并制作了用于椎弓根螺钉植入的Y型双光纤钻头，以猪椎骨为实验材料，确定了约化散射系数和光谱斜率为椎弓根植钉手术中的最佳近红外参数监测因子；（3）研究CT值与约化散射系数、光谱斜率这两个因子之间的关系模型，建立三维空间CT值向近红外参数的转换模型，提出了椎弓根螺钉植入的边界预警方法；（4）基于VC++6.0平台和VTK工具包初步设计和开发了椎弓根螺钉植入手术监测软件系统。论文的主要创新点：提出了一种用于椎弓根螺钉植入手术监测的新思路，即将CT值和近红外光谱技术联合实现对螺钉位置的监测；建立了椎弓根螺钉最佳植钉路径上CT值和近红外参数监测因子的关联模型，为实现CT影像和近红外光谱技术联合监测打下基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-21
  1.1 课题研究背景与现状  14-19
    1.1.1 椎弓根螺钉植入手术  14-15
    1.1.2 椎弓根螺钉植入方法  15-16
    1.1.3 椎弓根螺钉植入监测手段  16-19
  1.2 论文研究内容和结构  19-20
    1.2.1 研究内容  19
    1.2.2 论文结构  19-20
  1.3 本章小结  20-21
第二章 CT 影像三维可视化及植钉路径规划研究  21-33
  2.1 CT 影像简介  21-23
    2.1.1 CT 成像原理  21-22
    2.1.2 CT 值的计算  22-23
  2.2 CT 影像三维可视化技术基础  23-25
    2.2.1 CT 影像数据文件介绍  23-24
    2.2.2 CT 影像三维可视化技术  24-25
  2.3 三维体数据任意路径 CT 值信息提取  25-28
    2.3.1 路径采样点坐标计算  25-26
    2.3.2 路径 CT 值信息的提取  26-28
  2.4 偏移路径的规划  28-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章猪椎骨近红外参数监测因子实验研究  33-47
  3.1 近红外光谱技术  33-34
    3.1.1 近红外光谱技术简介  33
    3.1.2 生物组织光学基本参数  33-34
  3.2 近红外光谱实验系统  34-37
    3.2.1 系统构成  34
    3.2.2 光源和光谱仪  34-35
    3.2.3 Y 型双光纤手持钻头  35-36
    3.2.4 光谱和生物组织参数采集软件  36-37
  3.3 实验材料和方案  37-38
    3.3.1 实验材料选择  37
    3.3.2 实验目的  37
    3.3.3 实验方法和步骤  37-38
  3.4 实验数据处理与分析  38-46
    3.4.1 约化散射系数数据处理  39-40
    3.4.2 光谱数据处理  40-44
    3.4.3 近红外参数监测因子选择  44-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章植入路径 CT 值与近红外参数关联研究  47-58
  4.1 数据的获取  47-49
    4.1.1 近红外参数监测因子数据获取  47-48
    4.1.2 CT 影像数据获取  48-49
  4.2 关联模型的建立  49-55
    4.2.1 相关分析  49-51
    4.2.2 约化散射系数-CT 值模型  51-53
    4.2.3 光谱斜率-CT 值模型  53-55
  4.3 关联模型评估分析  55-56
  4.4 初级监测预警方法  56-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章椎弓根螺钉植入手术监测系统软件平台的实现  58-68
  5.1 开发环境  58
  5.2 软件总体结构介绍  58-62
    5.2.1 软件模块划分和界面设计  58-60
    5.2.2 主要功能模块介绍  60-62
  5.3 路径规划模块设计及实现  62-65
    5.3.1 最佳植钉路径规划  62-63
    5.3.2 偏移路径规划  63-65
  5.4 实时光谱数据采集和监控模块设计及实现  65-67
    5.4.1 光谱采集  65-66
    5.4.3 实时监测和预警  66-67
  5.5 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 论文工作总结  68
  6.2 论文创新点  68-69
  6.3 未来工作展望  69-70
参考文献  70-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表的学术论文  76

基于近红外与影像的椎弓根螺钉植入手术监测系统研究

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