一种基于图像导航的骨外科手术机器人系统

髓内钉远端孔锁定是目前长骨骨折内固定手术中的难题.介绍了一种机器人外科手术系统及作为其核心技术的图像导航方法.首先对X光图像进行畸变矫正和对比度增强,然后提出一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路径,从而引导串联机器人锁定髓内钉.系统还包括虚拟手术仿真子系统和遥操作子系统,可以模拟、监控手术过程,并可使医生远距离操作系统完成手术.实验表明,该系统能成功实现用机器人锁定髓内钉.并且与传统手术方法相比,具有较高的定位精度和稳定性,可以大大减少手术所需时间,降低医生所受辐射剂量.

一种骨外科手术机器人的图像导航方法

精确目标定位和手术路径规划是将机器人用于长骨骨折内固定手术中的关键技术．文中使用了局部法对X光图像进行畸变校正;并提出了一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的路径,从而引导串联机器人锁定髓内钉．实验表明,该导航方法仅需一张X光图像,有足够的定位精度和稳定性,可大大减少手术时间,降低医生所受辐射剂量．

手动式电磁定位及图像导航的短径癌症放射治疗系统

提出一个用于高剂量短径癌症放射治疗的手动式电磁定位及图像导航系统 .该系统主要由 4个模块组成 :预处理、术前规划、术内导航和术后计划 .它们分别对应高剂量短径癌症放射治疗的 4个流程 :在术前规划阶段 ,用户可交互地设计探针放置位置以及三维重建病灶轮廓 ;在手术进行过程中 ,六自由度的电磁式定位技术实时而精确地跟踪探针位置 ,高质量的可视化技术指引医生完成手术探针放置任务 ;手术探针全部放置完毕后 ,术后计划模板计算剂量分布并利用后装机设备进行放射治疗 .初步实验表明 ,计算机辅助的探针定位比手工定位精度提高 2～ 3倍 ,手术时间减少 5倍以上 。

水下图像导航技术在潜艇上的应用

潜艇传统的导航方法是采用惯导、无线电导航等技术。随着计算机技术、数字图像处理技术以及传感器技术的发展 ,在潜艇上采用视觉图像定位测距系统进行导航是一个新的发展方向。它可以实现潜艇自主导航 ,减少被敌方发现和干扰的机会 ,从而增强潜艇的隐蔽性及其发起攻击的突然性。因此 ,研究图像导航技术并将其应用到实际战斗单元上是迫切需要的。水下视觉图像包括声视觉和光视觉两种图像形式。文中就水下图像导航技术的几个方面阐述目前的技术现状 ,指出将其应用于潜艇导航的可行性。

飞机图像导航数据库系统的设计与开发

运用图像导航原理,设计并实现了一套飞机图像导航数据库系统。系统将导航所需的信息和若干地区的地面图预先存放在数据库中的特定位置。用户只需在系统的可视化界面中进行少量的操作,该系统就能够在飞机航行的过程中实时地显示拍摄到地面图像,并将该图像与数据库中的相关图像进行特征匹配,从而获取并提供给用户飞机当时的位置、航速快慢及航向误差等导航信息。

基于某微型飞行器的2种图像导航算法性能比较

导航系统是微型飞行器中必不可少的重要部分,在城市、建筑物内部或强电磁干扰等环境下,要实现导航必须采用全新的技术。图像导航是其有效技术之一。根据微型飞行器导航系统实时性和算法精准性的要求,研究了2种图像导航算法:互相关匹配法和局部熵差法。为了降低计算量,使其易于工程实现,采用了分层搜索等技术,并对2种算法进行了改进。仿真结果表明:"互相关匹配法"更适合微型飞行器的图像导航。

图像导航技术的发展和应用

对图像导航的概念、特点做了详细的阐述。介绍了图像导航在机器人导航、导弹导航以及作为辅助导航系统的典型应用 ,并分析了图像导航在不同的应用领域中的特点、优点和局限性。文章对图像导航在微型飞行器导航中的应用也给出了较详细的分析。最后 ,对图像导航的前景和发展趋势做了预测。

自适应非线性滤波及其在图像导航中的应用

本文首先介绍了飞行器末制导中采用图像导航的原理和方法，给出了系统模型。针对图像导航的实际情况，提出了自适应非线性Sage-Husa滤波，能在线估计系统的常值偏差及噪声方差。将滤波算法应用到图像导航中，进行仿真，滤波收敛，结果令人满意。

可应用于空地导弹惯导修正的多点匹配图像导航算法

防区外发射空地导弹的中制导通常使用GPS辅助的惯性制导,甚至还使用地形匹配,从而在不使用GPS的情况下,也能在较远距离内具有较高的导航精度,但是地形匹配导航方式在平原和城市地区无法使用。提出并研究了一种基于图像的导航算法。公路交叉路口或其他特殊的建筑物可以作为地标点,其特征被转化成二维的,当空地导弹成像导引头拍摄的图像与已知地标的若干个匹配点通过自动目标匹配方式成功匹配后,可根据算法提取出导弹的位置和姿态信息。仿真结果表明,该算法具有较高的位置修正精度,可以用于修正中远程空地导弹的惯性制导。该算法也可用于无人机的自主导航。

一种辅助腹腔镜手术机器人图像导航的穿刺孔定位方法

根据带有主被动关节辅助腹腔镜手术机器人的特点,提出一种基于几何模型和图像导航的穿刺孔定位方法,得到了穿刺孔在辅助腹腔镜手术机器人基础坐标系中的坐标,为辅助腹腔镜手术机器人提供腹腔镜的位姿信息从而实现对腹腔镜位姿的精确控制。定位系统包括两个激光器和一个微型CCD摄像机。实验表明,该定位方法能够准确获得腹腔镜穿刺孔的坐标。定位过程由辅助腹腔镜手术机器人自动完成,缩短了手术时间,提高了手术效率,避免了由手术医生仅通过激光器手动操作辅助腹腔镜手术机器人进行穿刺孔定位时产生人为误差的现象。

一种无图像导航下ACL重建的等距规划方法

针对膝关节前交叉韧带(ACL)移植位置不易确定的问题,采用光电跟踪技术,提出了一种基于等长规划的ACL无图像导航重建方法。首先根据韧带等距理论,设计了一种基于计算胫骨绕股骨运动过程中距离变化最小的点对的等距规划方法,然后分析了无图像导航系统的总体结构及关键技术,包括手术空间各对象的坐标转换、关节特征采集原则和表面重建方法,最后利用该方法进行了2例牛腿骨实验。结果表明,该规划方法合理有效,在股骨/胫骨的生长区域内的定位精度达1.45mm,能够满足临床手术要求。

一种用于锁定髓内钉的图像导航方法

图像导航是将机器人用于长骨骨折内固定手术中的关键技术.本文首先使用了一种用于定义和改变图像局部对比度的相似性测量方法,避免了图像的过增强和欠增强,然后用局部法对X光图像进行畸变校正;并提出了一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路径,从而引导串联机器人锁定髓内钉.实验结果表明,该方法能够提高图像质量,有足够的定位精度和稳定性,并可以大大减少手术所需时间,降低医生所受辐射剂量.

基于改进SIFT算法的局域盲人图像导航方法研究

针对现行导航系统无法在小范围内导航的缺点,提出了一种基于景象匹配的适合于残障人士在局域内行走的图像导航系统。预先对具体的特定区域进行图像采集、处理,建立基准图像库,然后对具体行走中所采集的实时图像进行预处理,得到实时图像库。并采用基于SIFT特征的快速景象匹配算法对实时图与基准图进行匹配。最后对不同光照、不同拍摄角度的旋转变化、缩放变化获得的图像进行特征点匹配。实验结果表明,算法的性能可以满足景象匹配导航系统高性能匹配的要求。

超声图像导航微创手术机器人系统的设计

针对前列腺癌发病率高、手术稳定性差以及放射性粒子辐射等问题,提出了超声图像导航微创手术机器人系统。该系统主要由超声波图像导航、手术机器人和空间定位装置3个模块构成。首先,确定了机器人自由度分配与各关节工作范围,推导出机器人工作空间。其次对机器人不同位姿下的关键零部件进行力学分析。最后通过激光追踪仪精度测试实验,验证了系统中电磁定位仪和机器人机械精度,并进行了误差补偿。实验结果表明,该系统的误差小于1 mm,满足前列腺癌近距离粒子放射性治疗手术的需求。

卫星干涉式垂直探测仪图像导航配准成像试验方法

干涉式垂直探测仪(GIIRS)是气象观测的重要有效载荷,对卫星平台的稳定性要求很高,采用图像导航配准技术可解决星上活动部件运动、卫星平台姿态抖动对GIIRS成像的影响。为了在地面验证GIIRS的成像性能,文章提出图像导航配准成像试验方法。利用3轴气浮台模拟3轴稳定卫星零重力下的自由转动,利用GIIRS样机模拟GIIRS的成像特性和在轨扰动,验证了动力学补偿特性和图像运动补偿特性。试验结果表明:采用图像导航配准成像试验方法,卫星特定频率下的姿态稳定度提升了80.8%,图像运动补偿精度优于13.78μrad,满足GIIRS成像需求。

三轴稳定静止气象卫星图像导航中的姿态确定

为了满足三轴稳定静止气象卫星图像导航中姿态确定的高精度要求,提出了陀螺仪和星敏感器的组合定姿方案,并且设计了联合采用预测滤波和推广卡尔曼滤波的实时姿态估计算法。基于Matlab建立了姿态确定的时域模型。通过数字仿真验证了该算法具有高精度、收敛迅速和强鲁棒性。

透视图像导航在股骨髓内钉手术中的临床应用

目的探讨透视图像导航技术在股骨髓内钉治疗股骨干骨折中的临床应用。方法应用连接在标准扩髓股骨交锁髓内钉器械上的适配器,透视图像导航可辅助完成手术中的髓内通道的入点选择、髓内钉置入、近端及远端锁钉的置入。结果16例股骨干骨折的应用结果令人满意。平均手术时间为48.8min,平均X线图像采集5.5次,平均出血量160ml,平均骨折愈合时间16.8周。手术中和手术后无并发症发生。结论肯定了透视图像导航技术在扩髓股骨交锁髓内钉手术中应用的可行性。手术中只需1次X线成像就能做出虚拟的手术环境和路径;导航的瞬时追踪功能,使术者的手术工具做到实时监测,减少了X线照射量、缩短了手术时间、提高了髓内钉置入的准确度、减小了手术创伤。

图像导航手术切除脑肿瘤

背景肿瘤切除程度是影响神经肿瘤预后的重要因素，图像导航手术使用各种工具或技术实现这一目标。这些工具或技术有时非常昂贵。目前还不清楚是否应作为标准方法推荐给脑肿瘤病人。作者目的是确定图像导航手术在肿瘤切除方面是否优于无任何图像导航的手术，以及是否存在一种更有效的工具或技术。

具有自主科技创新的中国首台“MRI图像导航介入治疗系统”落户北京协和医院

2006年7月23日在北京协和医院举行了“低场磁共振新技术研讨会暨北京协和医院新奥博为磁共振成像系统开机仪式”.新奥博为研发的国内首台“MRI图像导航介入治疗系统”正式落户北京协和医院.

基于图像的计算机辅助软组织导航技术

介绍了基于图像的软组织导航技术和发展过程,从术前计划、术中导航和术后验证3个阶段探索了导航技术的原理、过程,通过系统框架、组成及过程等几个方面阐述了该技术的理论及实现方案,可辅助医生进行更精确、微创、安全、快速的手术治疗,并拓展了外科手术的适应症范围,在临床上具有广泛的应用前景。