骨科手术导航技术的现状与未来

关于骨科手术导航技术的现状与未来第1页，课件共31页，创作于2023年2月

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，课件共31页，创作于2023年2月类型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，课件共31页，创作于2023年2月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，课件共31页，创作于2023年2月第一代光学导航第5页，课件共31页，创作于2023年2月第二代光学导航第6页，课件共31页，创作于2023年2月第三代光学导航第7页，课件共31页，创作于2023年2月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，课件共31页，创作于2023年2月第9页，课件共31页，创作于2023年2月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，课件共31页，创作于2023年2月一类重要的点特征：角点角点（cornerpoints）：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，课件共31页，创作于2023年2月不同类型的角点第12页，课件共31页，创作于2023年2月第13页，课件共31页，创作于2023年2月XOnYm视频图像构成原理分辨率m

×n如：480×640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，课件共31页，创作于2023年2月什么是角点？目前关于角点的具体定义和描述主要有如下几种：1．角点是一阶导数(即灰度的梯度)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；2．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；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。第15页，课件共31页，创作于2023年2月

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，课件共31页，创作于2023年2月图像的二值化00000000000000000000000000000000000000000000001000000000000000000001111000000000000000001111111100000000000000111111111110000000000011111111111110000000000000000000000000000000000000000000000第17页，课件共31页，创作于2023年2月

单阈值分割确定阈值第18页，课件共31页，创作于2023年2月第19页，课件共31页，创作于2023年2月以NDI公司的PolarisSpectra红外光学追踪为例，分辨率为1024×768，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：1024×768×8×60=377.487Mbps。精度达到0.1mmRMS，则至少要使用2048×2048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：2048×2048×8×60=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，课件共31页，创作于2023年2月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，课件共31页，创作于2023年2月现有技术的最高理论传输速率

USB2.0480Mbp/SUSB3.05.0Gbps。CameraLinkFull5.4Gbps第22页，课件共31页，创作于2023年2月目前的角点检测算法可归纳为3类基于灰度图像的角点检测基于二值图像的角点检测基于轮廓曲线的角点检测基于梯度基于模板基于模板梯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第23页，课件共31页，创作于2023年2月软件实现OpenCV

Matlab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，课件共31页，创作于2023年2月基于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，课件共31页，创作于2023年2月定位跟踪系统的硬件构架框图第26页，课件共31页，创作于2023年2月技术路线基于灰度特征的投影法第27页，课件共31页，创作于2023年2月2.基于3D打印技术

第28页，课件共31页，创作于2023年2月3.基于陀螺仪OrthAlign采用ADI

iSensor®IMU(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，课件共31页，创作于2023年2月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