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1、关于骨科手术导航技术的现状与未来第1页，此课件共31页哦通过导航系统提高手术精度已是手术微创和数字化时代的必然趋势。开放手术微创透视导航出血，创伤视野受限辐射第2页，此课件共31页哦类型1.基于双目视觉的光学导航技术2.基于3D打印导向板的导航技术3.基于陀螺仪的导航技术第3页，此课件共31页哦1.光学导航技术基于红外线的导航技术基于可见光的导航技术第4页，此课件共31页哦第一代光学导航第5页，此课件共31页哦第二代光学导航第6页，此课件共31页哦第三代光学导航第7页，此课件共31页哦光学导航的关键技术1.光学定位跟踪技术2.图像配准技术第8页，此课件共31页哦第9页，此课件共31页哦图像配准
2、技术发展现状图像配准技术发展现状技术特点缺点点配准需要在患者骨骼安装金属标志。增加了创伤且不易自动识别面配准需要使用激光或光学三维扫描仪获取骨骼表面点云，进行配准，易受术中骨表面上血迹和软组织的干扰，产生误差。DRR投影法精度高，完全自动配准DRR产生环节要消耗大量时间第10页，此课件共31页哦一类重要的点特征：角点角点（corner points）：局部窗口沿各方向移动，均产生明显变化的点图像局部曲率突变的点典型的角点检测算法：Harris角点检测CSS角点检测第11页，此课件共31页哦不同类型的角点第12页，此课件共31页哦第13页，此课件共31页哦XOnYm视频图像构成原理视频图像构成原
3、理分辨率mn如：480640灰度图像I=f(x,y)彩色图像IR=fR(x,y)IG=fG(x,y)IB=fB(x,y)制式PAL/NTSC视频图像数字图像像素第14页，此课件共31页哦什么是角点？什么是角点？目前关于角点的具体定义和描述主要有如下几种：目前关于角点的具体定义和描述主要有如下几种：1角点是一阶导数角点是一阶导数(即灰度的梯度即灰度的梯度)的局部最大所对应的像素点；的局部最大所对应的像素点；4角点处的一阶导数最大，二阶导数为零；角点处的一阶导数最大，二阶导数为零；2角点是两条及两条以上边缘的交点；角点是两条及两条以上边缘的交点；3角点指示了物体边缘变化不连续的方向；角点指示了物体
4、边缘变化不连续的方向；5角点是指图像中梯度值和梯度方向的变化速率都很高的点。角点是指图像中梯度值和梯度方向的变化速率都很高的点。第15页，此课件共31页哦基于可见光的定位和跟踪技术比基于红外线的技术有许多优越性，但其技术更复杂，运算量也更大，要想达到实时性的要求也更难。第16页，此课件共31页哦图像的二值化00000000000000000000000000000000000000000000001000000000000000000001111000000000000000001111111100000000000000111111111110000000000011111111111110
5、000000000000000000000000000000000000000000000第17页，此课件共31页哦单阈值分割确定阈值第18页，此课件共31页哦第19页，此课件共31页哦以NDI公司的PolarisSpectra红外光学追踪为例，分辨率为1024768，最大更新率60赫兹，最多同时跟踪15个目标，最远探测范围2.4m，精度0.25mmRMS。以8位黑白灰度图像计算，每秒钟需要传输和计算的数据量为：1024768860=377.487Mbps。精度达到0.1mmRMS，则至少要使用20482048的分辨率，最大更新频率为60赫兹，每秒钟需要传输和计算的数据量为：204820488
6、60=2.013Gbps，最大更新频率如达到100赫兹，每秒钟需要传输和计算的数据量将达到3.355Gbps。第20页，此课件共31页哦光学定位的精度和图像的分辨率成正比，和距离的平方成反比。如果同时跟踪多个目标，又将增加运算量，要想满足实时性对技术的要求将更高。第21页，此课件共31页哦现有技术的最高理论传输速率USB2.0480Mbp/SUSB3.05.0Gbps。CameraLinkFull5.4Gbps第22页，此课件共31页哦目前的角点检目前的角点检测算法可归纳测算法可归纳为为3类类基于灰度图像的角点基于灰度图像的角点检测检测基于二值图像的基于二值图像的角点检测角点检测基于轮廓曲线的
7、基于轮廓曲线的角点检测角点检测基于梯度基于梯度基于模板基于模板基于模板梯基于模板梯度组合度组合主要考虑像素领域点的灰度变化，即图像亮度的变化，将与邻点亮度对比足够大的点定义为角点。计算机图像处理算法是研究的重点计算机图像处理算法是研究的重点第23页，此课件共31页哦软件实现OpenCVMatlab的图像处理工具箱编程语言脚本语言开发实时系统测试算法开源非开源第24页，此课件共31页哦基于MITK自主开发的图像处理软件MITK(MedicalImagingInteractionToolkit)是一款开源的交互式医学图像处理软件开发平台。目前已能实现图像的分割，三维建模，图像的配准功能，虚拟手术和
8、手术器械路径规划功能正在开发中。工作基础、可行性第25页，此课件共31页哦定位跟踪系统的硬件构架框图第26页，此课件共31页哦技术路线基于灰度特征的投影法第27页，此课件共31页哦2.基于3D打印技术第28页，此课件共31页哦3.基于陀螺仪OrthAlign采用ADIiSensorIMU(惯性测量单元)。可以在数秒时间内测定病人胫骨旋转中心，并精密计算出切骨角度。第29页，此课件共31页哦OrthAlign公司的KneeAlign2系统已经得到FDA（美国食品及药物管理局）510(k)许可证。操作简便，能达到光学导航系统同等的胫骨和股骨测量效果。据报道该系统膝关节置换对准精度接近91%，而传统外科手术设备仅有68%。第30页，此课件共31页哦KneeAlign2系统所采用的ADIiSensorIMU内置三个加速计和三个陀螺仪，能分别感应出直线运动和角向运动，从而完成六自由度测量。iSensorIMU能够准确跟踪所有轴上的仪器运动。第31页，此课件共31页哦